专利名称：一种频谱分配方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种频谱分配方法及装置。
背景技术：
随着无线通信的飞速发展，频谱资源的缺乏成为无线应用研究过程中不得不面临 的问题。为了保证正常的通信质量，人们提出了各种具有较高频谱利用率的动态频谱分配 方案，例如基于图论着色理论的动态频谱接入算法-颜色敏感图论着色(Color Sensitive Gr即h Coloring, CSGC)算法。 在CSGC算法中，将无线网络拓扑抽象为图，用图的顶点表示作为网络中的节点的 无线设备，用图的边表示两个顶点之间存在干扰(冲突)。也就是说，如果两个顶点之间用 图中的边连接在一起，那么这两个顶点不能同时使用同一信道。与此同时，则是将可用的 信道看成是颜色的集合。因此，CSGC算法可以看作是根据不同的动态分配目标和策略，对 图中的不同顶点进行配色的过程，其中，所述的动态分配目标可以为获得最大化的总的系 统带宽，或者为获得最大化最小带宽，或者为获得最大化公平性等。在此算法中，最关键的 是冲突图的建立准则，也就是说，采用哪种准则来确定两个顶点之间存在干扰，是利用CSGC 算法实现动态频谱分配的关键。 在现有技术中广泛采用的建立冲突图的准则是基于两个成对节点之间的干扰来 建立冲突图。例如干扰距离准则，如果两个顶点之间的距离小于预设的干扰距离(也称为 冲突半径)，则认为两个顶点之间存在冲突，不能为该两个顶点分配同一信道。又例如，如果 两个顶点之间的距离满足如公式(1)或(2)所示的关系，则也可认为两个节点之间存在冲 突，不能为该两个顶点分配同一信道。 其中，在公式(1)和(2)中，Pi为节点i的发射功率，Pj为节点j的发射功率，& 为节点i到与其通信的节点之间的距离，dj为节点j到与其通信的节点之间的距离，表 示节点j到节点i的距离，假设和dj"远远大于&和dj。①i表示保证节点i和与其通 信节点之间成功接收数据包的最小信号与干扰加噪声比，①j表示表示保证节点j和与其通 信节点之间成功接收数据包的最小信号与干扰加噪声比。 但是在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题
在利用CSGC算法进行动态频谱分配的过程中，是用两个节点之间的距离来估算 两个节点之间干扰的大小的，并且用来判断两个节点间是否存在干扰的干扰距离(冲突半 径)固定不变。但是，在不同的地理环境中，相同的距离产生的干扰不同。而且，这种算法 只考虑了成对节点之间的干扰，没有考虑到网络中来自其他干扰源的累积干扰。因此，利用 这种规则所建立的节点间的冲突图不能够准确的反应网络的实际干扰情况，使得频率分配效率降低。
发明内容
本发明的实施例提供一种频谱分配方法及装置，以提高频谱分配的效率。为达到上述目的，本发明的实施例频谱分配方法采用如下技术方案 —种频谱分配方法，包括如下步骤 根据初始冲突半径为网络中的各节点进行初始频谱分配；
计算各节点在其分配到的各信道中的信号与干扰加噪声比； 当所述各节点的信号与干扰加噪声比的最小值小于保证用户成功接收数据包的 最小信号与干扰加噪声比时，增大所述节点和与所述节点采用相同信道且对所述节点的干 扰最大的节点之间的冲突半径，使所述节点和与所述节点采用相同信道且对所述节点的干 扰最大的冲突节点之间的距离小于调整后的冲突半径； 根据所述调整后的冲突半径为网络中的各节点重新进行频谱分配。
本发明的实施例频谱分配装置采用如下技术方案
—种频谱分配装置，包括 初始频谱分配单元，用于根据初始冲突半径为网络中的各节点进行初始频谱分 配； 第一计算单元，用于计算各节点在其分配到的各信道中的信号与干扰加噪声比； 第一阈值调整单元，用于当所述各节点的信号与干扰加噪声比的最小值小于保证
用户成功接收数据包的最小信号与干扰加噪声比时，增大所述节点和与所述节点采用相同
信道且对所述节点的干扰最大的节点之间的冲突半径，使所述节点和与所述节点采用相同
信道且对所述节点的干扰最大的冲突节点之间的距离小于调整后的冲突半径； 频谱再分配单元，用于根据所述调整后的冲突半径为网络中的各节点重新进行频
谱分配。 本发明实施例提供的频谱分配方法及装置，根据实际测量的各节点在为其分配到 的信道中的信号与干扰加噪声比，动态的调整所述节点和邻居节点之间的冲突半径，从而 调整网络中的冲突图，以准确的反应网络的干扰状态，提高频谱分配效率。
图1为本发明实施例
图2为本发明实施例
图3为本发明实施例
图4为本发明实施例
图5为本发明实施例
具体实施例方式
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用 的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于 本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他
一频谱分配方法的流程图； 二频谱分配方法的流程图； 三频谱分配装置的示意图； 三频谱分配装置的具体示意图； 三频谱分配装置的结构图。的附图。 实施例一 为提高频谱分配效率，本发明实施例提供一了一种频谱分配方法。如图1所示，本 发明实施例一所述的频谱分配方法包括如下步骤 步骤11、根据初始冲突半径为网络中的各节点进行初始频谱分配。 对网络中的各节点进行初始频谱分配的过程如下
步骤111、获取初始冲突半径。其中，所述初始冲突半径的计算方法如公式(3)所
示
尸=
z 1 /
R.，( 『(
2W 〃
))，《 = 2;
(3)
"一2 其中，r'为初始冲突半径，R为参与动态频谱分配的网络半径，k是与分配算法相
关的参数，l《A^2;r/^, a是信道衰落因子，d为网络中节点间的通信距离，P为保证用
户成功接收数据包的最小信号与干扰加噪声比。对于基于本地博弈的颜色敏感图论着色算 法，k = 2。 当然，所述初始冲突半径还可根据经验预先设定。在具体实现本发明实施例的过 程中，获取初始冲突半径的方式不局限于在此所描述的方式。利用公式(3)所获得的冲突 半径为初始冲突半径的的一个较佳值。 步骤112、以所述初始冲突半径为冲突半径建立初始冲突图。
步骤113、根据所述初始冲突图进行初始频谱分配。 在进行初始频谱分配的过程中，可以以获得最大化的总的系统带宽，或者获得最 大化最小带宽，或者获得最大化公平性等为动态分配目标，采用现有技术中的颜色敏感图 论着色算法或者其他的频谱分配方法进行频谱分配。以采用现有技术中的颜色敏感图论着 色算法进行初始频谱分配为例，具体过程如下 步骤1131、得到空闲频谱矩阵L二 {ln,m|ln,m G (0，^NxJ，lm,n二 l表示频段m对 于用户n是可用的，lm,n = 0表示频段m对于用户n是不可用的。 步骤1132、获取效益矩阵B = (、mLxM，bn,m表示用户n使用频段m所带来的效益
权重，如频谱利用率等。从运营者的角度出发，、m还可以包括经济效益信息。将空闲频谱
矩阵L与效益矩阵B相结合，得到有效频谱的效益LB = {ln,m bn,m}NXM。 步骤1133、获取用户之间的干扰矩阵集合C = {Cn,k,m|Cn,k,m G {0，1}NXNXM}， Cn,k,m
=l表示用户n和用户k在同时使用频段m时会产生干扰，当n二k时，Cn,k,m= l-l。,m仅
由空闲频谱矩阵L决定。 步骤1134、选择标号准则。 定义无干扰的频谱分配矩阵A = G U)，lU，an,m表示频段m被分配给
用户n。无干扰的频谱分配矩阵A必须满足无干扰条件，如公式(4)所示 ^v ,a4,m=0 if =l，V",A:<iV,w<M (4) 即表示在频段m上存在相互干扰的两个用户不能被同时分配频段m。
CSGC算法是把频谱分配问题抽象为一个图G = (U， Ec， LB)的着色问题。U是图G 的顶点集，表示共享频谱的用户，Le表示顶点可选颜色集合(list)和权重，Ee是边集，由 干扰约束集合C决定，当且仅当(;,k,m二 1时，两个不同的顶点u， v G U之间有一条颜色为 m(即频段m)的边。于是满足公式(4)的无干扰频谱分配对应的着色条件可以描述为当 两个不同顶点之间存在颜色m的边的时候，这两个顶点不能同时着色m，也即频段m不能同 时分配给这两个顶点所对应的用户。 满足无干扰条件的无干扰的频谱分配矩阵A有很多，用AN, m表示所有满足条件的 无干扰的频谱分配矩阵A的集合。根据上述定义，可以得到以最大化频谱效益为目标的最 优分配准则的表达式如公式(5)所示 max Xi Zia"6" m ( 5 ) 然后，再根据分配目标准则选择顶点标号规则(labeling rule)，标号大小表征了 分配目标和效益权重共同决定的顶点的"价值"，越有"价值"的顶点标号越大。每个标号对 应一种颜色，最优着色的算法涉及就是先选择最优价值的也即标号最大的顶点进行着色。
CSGC算法的目标是避免干扰的条件下最大化频谱利用率，此时、m表示了用户n 在频段m上获得的传输速率，相应的标号准则可以根据具体应用情况，采用下描述的准则 (a)或准则(b):准则(a)CMSB(Collaborative Max Sum Bandwidth,协作最大化总带宽)准则
/a*e 、 = ，x /(A" +1)co/or" = arg /("",m + 0 其中，Dn,m表示频段m与用户m有相互干扰的用户个数，在图G中表现为以顶点n 以m色边相连的邻接顶点数。另外定义Nbr(n，m) = {k | ck,n,m = 1， 0《k《N_l， k ^ n}， 表示在频段m与用户n有干扰的用户的集合。在图G中表现为与顶点n以m色边相连的邻 接顶点集，集合Nbr (n， m)元素的个数就是Dn,m。准则(b)醒SB (Non-collaborative Max Sum Bandwidth,非协作最大化总带宽)准 则，标号与对应颜色应为
&&eln =^，6","
co/or -argr^x&m 步骤1135、根据标号准则对图G进行标号。 步骤1136、对图G进行着色。根据步骤1135计算出的标号，在所有顶点中搜索满 足n* = argmaxlabel (n)的顶点n*，并为其分配颜色(频谱)color (n*)，对应分配矩阵A*原 色c 步骤1137、拓扑更新。具体过程如下 (a)从顶点n*的颜色list中删除颜色color (n*); (b)找出与n*以边color (n*)相连的邻接点Nbr(n*， color (n*))，并把color (n*)
从它们的list中删除； (c)删除list为空的顶点。 若拓扑更新后图G为空，则频谱分配结束，接到最优分配矩阵r。否则重新执行步
7骤1135。 步骤12、计算各节点在其分配到的各信道中的信号与干扰加噪声比(Signalto Interference plus Noise Ratio, SINR)。计算SINR的过程可采用现有技术中的方法进 行，在此不再赘述。 步骤13、当所述各节点的信号与干扰加噪声比的最小值小于保证用户成功接收数 据包的最小信号与干扰加噪声比时，增大所述节点和与所述节点采用相同信道且对所述节 点的干扰最大的节点之间的冲突半径，使所述节点和与所述节点采用相同信道且对所述节 点的干扰最大的冲突节点之间的距离小于调整后的冲突半径。 与所述节点采用相同信道且对所述节点的干扰最大的冲突节点，即为与所述节点 采用相同信道且距离最近的节点，因此可首先获取所述节点和与所述节点采用相同信道且 对所述节点的干扰最大的冲突节点之间的距离。当所述各节点的信号与干扰加噪声比的最 小值小于保证用户成功接收数据包的最小信号与干扰加噪声比时，增大所述节点和与所述 节点采用相同信道且对所述节点的干扰最大的冲突节点之间冲突半径，使得所述节点和与 所述节点采用相同信道且对所述节点的干扰最大的冲突节点之间的距离小于调整后的冲 突半径。那么此时，所述节点与冲突节点之间的干扰关系为冲突关系。 步骤14、根据所述调整后的冲突半径为网络中的各节点重新进行频谱分配，直到 所有节点在为其分配到的信道中的SINR的值都高于保证用户成功接收数据包的最小SINR 的值P。 根据所述调整后的冲突半径为网络中的各节点重新进行频谱分配的过程可包括 首先根据所述调整后的冲突半径建立冲突图，然后根据所述冲突图为网络中的各节点重新 进行频谱分配。其中，进行频谱分配的原理与上述步骤113中描述的相同，在此不再赘述。
实施例二 如图2所示，在实施例一所述方法的基础上，本发明实施例二所述的频谱分配方 法还可包括 步骤15、计算所述网络中的各节点的平均信号与干扰加噪声比。 步骤16、减小具有最大的平均信号与干扰加噪声比的节点和对所述具有最大的平
均信号与干扰加噪声比的节点干扰最小的冲突节点之间冲突半径，使得具有最大的平均信
号与干扰加噪声比的节点与对所述节点干扰最小的冲突节点之间的距离大于调整后的冲
突半径。 首先，获取具有最大的平均信号与干扰加噪声比的节点与对所述节点干扰最小的
冲突节点之间的距离，然后减小所述具有最大的平均信号与干扰加噪声比的节点与对所述
节点干扰最小的冲突节点之间的冲突半径，使得具有最大的平均信号与干扰加噪声比的节
点与对所述节点干扰最小的冲突节点之间的距离大于调整后的冲突半径。其中，调整后的
冲突半径可为使得所述节点具有最大的平均信号与干扰加噪声比的节点与对所述节点干
扰最小的冲突节点为冲突关系的临界冲突半径。 如图2所示，本发明实施例二所述的方法还可包括 步骤17、根据所述调整后的冲突半径为网络中的各节点重新进行频谱分配，直到 获取最佳的频谱利用率。根据所述调整后的冲突半径为网络中的各节点重新进行频谱分配 的过程可包括首先根据所述调整后的冲突半径建立冲突图，然后根据所述冲突图为网络中的各节点重新进行频谱分配。其中，进行频谱分配的原理与上述步骤113中描述的相同， 在此不再赘述。 本发明实施例一和实施例二提供的频谱分配方法，根据实际测量的各节点在为其
分配到的信道中的信号与干扰加噪声比，动态的调整所述节点和邻居节点之间的冲突半
径，从而调整网络中的冲突图，以准确的反应网络的干扰状态，提高频谱分配效率。 本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以
通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质
中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁
碟、光盘、只读存储记忆体(Read-0nly Memory, ROM)或随机存储记忆体(Random Access
Memory,廳)等。 实施例三 与本发明实施例频谱分配方法相对应，本发明实施例三还提供了一种频谱分配装置。 如图3所示，本发明实施例三频谱分配装置包括初始频谱分配单元31，第一计算 单元32，第一阈值调整单元33以及频谱再分配单元34。 其中，所述初始频谱分配单元31，用于根据初始冲突半径为网络中的各节点进行 初始频谱分配；所述第一计算单元32，用于计算各节点在其分配到的各信道中的信号与干 扰加噪声比；所述第一阈值调整单元33，用于当所述各节点的信号与干扰加噪声比的最小 值小于保证用户成功接收数据包的最小信号与干扰加噪声比时，增大所述节点和与所述节 点采用相同信道且对所述节点的干扰最大的节点之间的冲突半径，使所述节点和与所述节 点采用相同信道且对所述节点的干扰最大的冲突节点之间的距离小于调整后的冲突半径； 所述频谱再分配单元34，用于根据所述第一阈值调整单元33调整后的冲突半径为网络中 的各节点重新进行频谱分配，直到所有节点在为其分配到的信道中的SINR的值都高于保 证用户成功接收数据包的最小SINR的值13 。 其中，如图4所示，所述初始频谱分配单元31包括初始冲突半径获取模块311， 用于获取初始冲突半径；初始冲突图建立模块312，用于以所述初始冲突半径为冲突半径 建立初始冲突图；初始频谱分配模块313，用于根据所述初始冲突图进行初始频谱分配。其 中，所述初始冲突半径获取模块311获取初始冲突半径的过程，以及所述初始频谱分配模 块313进行初始频谱分的过程与实施例一或实施例二中描述的相同。 如图4所示，所述频谱再分配单元34可包括冲突图建立模块341，用于根据所述 调整后的冲突半径建立冲突图；频谱分配模块342，用于根据所述冲突图为网络中的各节 点重新进行频谱分配。 如图5所示，本发明实施例三所述装置还可包括第二计算单元35，用于利用所述 第一计算单元31的计算结果，计算所述网络中的各节点的平均信号与干扰加噪声比；第二 阈值调整单元36，用于减小具有最大的平均信号与干扰加噪声比的节点和对所述具有最大 的平均信号与干扰加噪声比的节点干扰最小的冲突节点之间冲突半径，使得具有最大的平 均信号与干扰加噪声比的节点与对所述节点干扰最小的冲突节点之间的距离大于调整后 的冲突半径。 此时，所述频谱再分配单元 ，用于根据所述第二阈值调整单元36调整后的冲突半径为网络中的各节点重新进行频谱分配，直到获取最佳的频谱利用率。 综上所述，本发明实施例提供的频谱分配方法及装置，根据实际测量的各节点在
为其分配到的信道中的信号与干扰加噪声比，动态的调整所述节点和邻居节点之间的冲突
半径，从而调整网络中的冲突图，以准确的反应网络的干扰状态，提高频谱分配效率。同时，
本发明实施例所述的动态频谱方法及装置可应用在无线资源分配技术中，如频谱分配技
术，功率分配技术等等。 以上所述，仅为本发明的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何 熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵 盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
权利要求
一种频谱分配方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤根据初始冲突半径为网络中的各节点进行初始频谱分配；计算各节点在其分配到的各信道中的信号与干扰加噪声比；当所述各节点的信号与干扰加噪声比的最小值小于保证用户成功接收数据包的最小信号与干扰加噪声比时，增大所述节点和与所述节点采用相同信道且对所述节点的干扰最大的节点之间的冲突半径，使所述节点和与所述节点采用相同信道且对所述节点的干扰最大的冲突节点之间的距离小于调整后的冲突半径；根据所述调整后的冲突半径为网络中的各节点重新进行频谱分配。
2. 根据权利要求1所述的频谱分配方法，其特征在于，所述根据初始冲突半径为网络 中的各节点进行初始频谱分配的步骤具体为获取初始冲突半径；以所述初始冲突半径为冲突半径建立初始冲突图； 根据所述初始冲突图进行初始频谱分配。
3. 根据权利要求2所述的频谱分配方法，其特征在于，所述初始冲突半径的计算方法为<formula>formula see original document page 2</formula>其中，r'为初始冲突半径，R为参与动态频谱分配的网络半径，k是与分配算法相关的 参数，a是信道衰落因子，d为网络中节点间的通信距离，13为保证用户成功接收数据包的 最小信号与干扰加噪声比。
4. 根据权利要求1所述的频谱分配方法，其特征在于，所述方法还包括 计算所述网络中的各节点的平均信号与干扰加噪声比；减小具有最大的平均信号与干扰加噪声比的节点和对所述具有最大的平均信号与干 扰加噪声比的节点干扰最小的冲突节点之间冲突半径，使得具有最大的平均信号与干扰加 噪声比的节点与对所述节点干扰最小的冲突节点之间的距离大于调整后的冲突半径。
5. 根据权利要求1所述的频谱分配方法，其特征在于，所述根据所述调整后的冲突半 径为网络中的各节点重新进行频谱分配的步骤具体为根据所述调整后的冲突半径建立冲突图； 根据所述冲突图为网络中的各节点重新进行频谱分配。
6. —种频谱分配装置，其特征在于，所述装置包括初始频谱分配单元，用于根据初始冲突半径为网络中的各节点进行初始频谱分配； 第一计算单元，用于计算各节点在其分配到的各信道中的信号与干扰加噪声比； 第一阈值调整单元，用于当所述各节点的信号与干扰加噪声比的最小值小于保证用户 成功接收数据包的最小信号与干扰加噪声比时，增大所述节点和与所述节点采用相同信道 且对所述节点的干扰最大的节点之间的冲突半径，使所述节点和与所述节点采用相同信道 且对所述节点的干扰最大的冲突节点之间的距离小于调整后的冲突半径；频谱再分配单元，用于根据所述调整后的冲突半径为网络中的各节点重新进行频谱分配。
7. 根据权利要求6所述的频谱分配装置，其特征在于，所述装置还包括第二计算单元，用于计算所述网络中的各节点的平均信号与干扰加噪声比；第二阈值调整单元，用于减小具有最大的平均信号与干扰加噪声比的节点和对所述具有最大的平均信号与干扰加噪声比的节点干扰最小的冲突节点之间冲突半径，使得具有最大的平均信号与干扰加噪声比的节点与对所述节点干扰最小的冲突节点之间的距离大于调整后的冲突半径。
8. 根据权利要求6所述的频谱分配装置，其特征在于，所述初始频谱分配单元包括初始冲突半径获取模块，用于获取初始冲突半径；初始冲突图建立模块，用于以所述初始冲突半径为冲突半径建立初始冲突图；初始频谱分配模块，用于根据所述初始冲突图进行初始频谱分配。
9. 根据权利要求6所述的频谱分配装置，其特征在于，所述频谱再分配单元包括冲突图建立模块，用于根据所述调整后的冲突半径建立冲突图；频谱分配模块，用于根据所述冲突图为网络中的各节点重新进行频谱分配。
全文摘要
本发明的实施例公开了一种频谱分配方法及装置，涉及通信技术领域，为提高频谱分配的效率而发明。其中所述频谱分配方法包括如下步骤当所述各节点的信号与干扰加噪声比的最小值小于保证用户成功接收数据包的最小信号与干扰加噪声比时，增大所述节点和与所述节点采用相同信道且对所述节点的干扰最大的节点之间的冲突半径，使所述节点和与所述节点采用相同信道且对所述节点的干扰最大的冲突节点之间的距离小于调整后的冲突半径；根据所述调整后的冲突半径为网络中的各节点重新进行频谱分配。本发明实施例主要应用在无线资源分配技术中，如频谱分配技术、功率分配技术中。
文档编号H04W72/04GK101730230SQ20081016747
公开日2010年6月9日 申请日期2008年10月13日 优先权日2008年10月13日
发明者冯淑兰, 刘劲楠, 王海光 申请人:华为技术有限公司