專利名稱：基于業(yè)務(wù)時(shí)延需求的頻譜聚合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于業(yè)務(wù)時(shí)延需求的頻譜聚合方法。
背景技術(shù)：
隨著各種無(wú)線通信新技術(shù)的快速發(fā)展，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)對(duì)頻譜資源的需求也越來(lái)越多，因此頻譜資源的短缺成為了限制無(wú)線通信發(fā)展的瓶頸之一。另一方面，某些授權(quán)頻譜的利用率十分低下，很多頻譜資源在一段時(shí)間內(nèi)并未被充分利用。近年來(lái)，認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)逐漸成為新的研究熱點(diǎn)。認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)能夠感知并利用空間存在的頻譜空穴，從而被認(rèn)為是解決頻譜資源短缺，提高頻譜利用率的有效方法。
與傳統(tǒng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)不同，認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中的頻譜是動(dòng)態(tài)的，其可用性隨時(shí)間不斷變化，這就需要設(shè)計(jì)新的頻譜分配算法?，F(xiàn)有的頻譜分配算法大多基于連續(xù)頻譜分配，這會(huì)生成許多小于用戶需求的頻譜碎片，這些頻譜碎片不能被充分利用，從而降低了頻譜利用率，造成了頻譜的浪費(fèi)。而頻譜聚合正是解決這一問(wèn)題的有效方法。非連續(xù)正交頻分復(fù)用(DOFDM)技術(shù)的發(fā)展使非連續(xù)頻譜的接入成為可能，它可以使單個(gè)用戶同時(shí)接入幾段頻譜，從而將很小的頻譜片段聚合為一段較大的頻譜帶寬，達(dá)到提高頻譜利用率的目的。但是，由于發(fā)射機(jī)的硬件限制，可聚合頻段的跨度S (單位MHz)并不是無(wú)限的，這就意味著，聚合設(shè)備只能在聚合范圍的最大跨度S內(nèi)對(duì)可用的離散頻譜資源進(jìn)行聚合，而超過(guò)該范圍的離散頻譜資源則無(wú)法被聚合設(shè)備聚合。同時(shí)，不同的用戶有不同的帶寬需求和信道特點(diǎn)。如何合理地進(jìn)行頻譜聚合和分配，提高無(wú)線通信系統(tǒng)的頻譜效率是一個(gè)重要的問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是如何合理地進(jìn)行頻譜聚合和分配以提高無(wú)線通信系統(tǒng)的頻譜效率。(二)技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于業(yè)務(wù)時(shí)延需求的頻譜聚合方法，包括以下步驟SI :將待分配頻譜的用戶按時(shí)延要求排隊(duì)，選擇丟包緊急度最大的用戶，所述丟包緊急度最大的用戶指最大時(shí)延門限與當(dāng)前經(jīng)歷時(shí)延之差最小的用戶；S2 :以聚合范圍的最大跨度S為搜索窗口，從離散可用頻段的最低頻開(kāi)始搜索；S3 :找出當(dāng)前搜索窗口內(nèi)的最優(yōu)聚合頻段；S4 :將搜索窗口起點(diǎn)移至下一個(gè)可用頻段的最低頻，重復(fù)步驟S3 ；S5 :重復(fù)步驟S4直到所有的可用頻段均已搜索完畢；S6 :將最終選出的聚合頻段分配給步驟SI選出的用戶，并在可用頻段集合中去除已分配的頻段，在剩余用戶中重復(fù)步驟Sf S5直至所有的用戶分配完畢；S7 :將剩余的頻譜碎片進(jìn)行再分配。其中，所述步驟S3具體包括S3. I :搜索窗口內(nèi)離散的頻段，找出所有滿足用戶帶寬需求的聚合頻段，若沒(méi)有滿足的聚合頻段，則選擇搜索窗口內(nèi)的所有可用頻段作為本次搜索的最優(yōu)聚合頻段，跳至S4 ；S3. 2 :計(jì)算各聚合頻段的頻譜生存時(shí)間和用戶在各聚合頻段上的傳輸數(shù)據(jù)所需時(shí)間，選擇頻譜生存時(shí)間大于用戶傳輸數(shù)據(jù)所需時(shí)間且二者差值最小的頻段作為本次搜索的最優(yōu)聚合頻段，若所有聚合頻段的頻譜生存時(shí)間均小于用戶傳輸數(shù)據(jù)所需時(shí)間，則選擇使用戶傳輸數(shù)據(jù)量最大的聚合頻段作為本次搜索的最優(yōu)聚合頻段；S3. 3 :將本次搜索選擇的最優(yōu)聚合頻段與當(dāng)前記錄的最優(yōu)聚合頻段進(jìn)行比較，選 出最佳并記錄。其中，所述頻譜的生存時(shí)間為聚合頻段中各子頻段的生存時(shí)間的最小值。其中，所述步驟S3. 3具體包括比較本次選出最優(yōu)聚合頻段的頻譜生存時(shí)間和用戶傳輸時(shí)間之差八4, 與當(dāng)前記錄最優(yōu)聚合頻段的頻譜生存時(shí)間和用戶傳輸時(shí)間之差A(yù)tk,若Atk,jP Atk均為正值，則選擇差值較小的聚合頻段作為最優(yōu)聚合頻段；若Atk, 和Atk—正一負(fù)，則選擇差值為正的聚合頻段作為最優(yōu)聚合頻段；若Atk, 和Atk均為負(fù)值，則比較用戶在兩個(gè)聚合頻段上的可傳輸數(shù)據(jù)量的大小，選擇可傳輸數(shù)據(jù)量較大的聚合頻段作為最優(yōu)聚合頻段。其中，所述步驟S7將剩余的頻譜碎片進(jìn)行再分配的方式為選擇一段頻譜碎片，查找聚合跨度S包含該碎片的所有已分配用戶，將頻譜碎片分配給在該碎片上傳輸速度最快的用戶，重復(fù)執(zhí)行該過(guò)程直至所有的碎片分配完畢。(三)有益效果本發(fā)明提出的頻譜聚合方法的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)是綜合考慮了用戶時(shí)延和帶寬需求，能夠從用戶對(duì)時(shí)延的要求出發(fā)，最小化用戶的丟包率，同時(shí)在滿足用戶帶寬需求的基礎(chǔ)上，結(jié)合頻譜的生存時(shí)間合理的分配頻譜資源，從而提高了頻譜利用率。
圖I示出了頻譜聚合方法的總體搜索分配流程圖；圖2示出了離散頻譜狀態(tài)的模型及聚合窗口；圖3示出了頻譜聚合方法中選取最優(yōu)頻段的流程圖；圖4示出了頻譜碎片再分配的模型。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中有K個(gè)用戶，空間共有N段離散空閑頻譜，本發(fā)明的頻譜聚合流程如圖I所示，首先，選擇需要分配頻譜的用戶。為了最小化用戶的丟包率，本方法選取用戶的原則是考慮用戶的丟包緊急度，優(yōu)先指派丟包緊急度最大的用戶，即用戶的最大時(shí)延門限與當(dāng)前經(jīng)歷時(shí)延之差最小，如下式所示while K ^ Φ(k) — argmin {Tk_ τ k}end while其中，Tk為用戶k的時(shí)延門限，τ k為用戶k當(dāng)前經(jīng)歷的時(shí)延。其次，為該用戶分配頻譜。假設(shè)選定的第k個(gè)用戶所需傳送的數(shù)據(jù)總量為Dk，其傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包可切分。設(shè)聚合最大跨度為S，用戶的帶寬需求為Bk。如圖2所示，以可用頻段的最低頻作為聚合窗口的滑動(dòng)起點(diǎn)進(jìn)行第I次搜索。在聚合窗口 S內(nèi)，找出滿足用戶帶寬需求(也即聚合后帶寬大于等于Bk)的所有聚合頻段(即若干離散頻段的組合)，記為{ I I, ζ 2，...，聚合后聚合頻段I i上的數(shù)據(jù)傳輸速度為各聚合頻段Ii包含的可 用頻段Bn上傳輸速度之和，SP
(P -h ΛK = YBn log, 1+ k、n h
5 I mw)其中，Bn (η=1，2，...，N)為各可用頻段的帶寬。Pk,n，hk，n分別為用戶k在頻段η上的功率和信道增益。NtlW為系統(tǒng)的噪聲功率，Γ表示與物理層編碼調(diào)制關(guān)聯(lián)的冗余量。此時(shí)，用戶k在該聚合頻段ξ i上的傳輸時(shí)間為
_β__^ yB
h n I ΓΝ, J由于頻譜的穩(wěn)定性是影響業(yè)務(wù)時(shí)延和切換的重要因素，因此，本方法假設(shè)在認(rèn)知無(wú)線電環(huán)境中每個(gè)頻段都有其預(yù)測(cè)的生存時(shí)間，對(duì)每個(gè)聚合頻段Ii，頻譜的生存時(shí)間是由聚合頻段中各子頻段的生存時(shí)間的最小值決定的，故聚合頻段Ii的生存時(shí)間為iJi = mm(r )，n e ξ i，其中Tn為各頻段的生存時(shí)間。為了最大化頻譜的時(shí)間利用效率，盡量避免頻譜切換，本方法選擇各個(gè)聚合頻段中頻譜生存時(shí)間大于用戶傳輸數(shù)據(jù)所需時(shí)間且二者差值最小的頻段作為本次搜索的最優(yōu)聚合頻段，記為ξ,,η，表示用戶k在第η次搜索中選擇的最優(yōu)聚合頻段。記錄ξ,,η上的頻譜生存時(shí)間Z 與用戶傳輸時(shí)間之差A(yù)tk,n。
{4,,} — arg min {h > tk4> &&L — ^ }如果所有聚合頻段ξ i的頻譜生存時(shí)間小于用戶所需傳輸時(shí)間，則應(yīng)以盡可能多
的傳輸數(shù)據(jù)為目標(biāo)，選取使用戶傳輸數(shù)據(jù)量最大的聚合頻段。
{4, } argmax{t(f < tkA &&1L ■ tfi}
= hk, 'tKik,,若本次搜索在聚合跨度S內(nèi)所有空閑頻譜帶寬之和仍不能滿足用戶的帶寬需求Bk，則為了傳輸最多的數(shù)據(jù)，最優(yōu)的選擇是將所有空閑頻譜聚合起來(lái)作為本次搜索的最優(yōu)聚合頻段。此時(shí)，即頻譜生存時(shí)間小于用戶傳輸所需時(shí)間。最后將本次選出的最優(yōu)結(jié)果與當(dāng)前記錄的最優(yōu)結(jié)果(記錄的是前面若干次搜索的結(jié)果中最優(yōu)的一個(gè)，每一次搜索選出的最優(yōu)結(jié)果都要與該記錄的最優(yōu)結(jié)果比較)進(jìn)行比較，若本次結(jié)果更優(yōu)，則將記錄值進(jìn)行替換，否則將保留原結(jié)果。比較的方法與上述在一個(gè)搜索窗口內(nèi)最優(yōu)聚合頻段的比較方法相同，即以優(yōu)化頻譜的時(shí)間利用率為原則，比較本次選出最優(yōu)聚合頻段的頻譜生存時(shí)間和用戶傳輸時(shí)間之差Λ tk,n與當(dāng)前記錄最優(yōu)聚合頻段的頻譜生存時(shí)間和用戶傳輸時(shí)間之差A(yù)tk,若Atkil^P Atk均為正值，則選擇差值較小的聚合頻段作為最優(yōu)聚合頻段；若Atk, 和Atk—正一負(fù)，則選擇差值為正的聚合頻段作為最優(yōu)聚合頻段；若 和Atk均為負(fù)值，則比較用戶在兩個(gè)聚合頻段上的可傳輸數(shù)據(jù)量的大小，選擇可傳輸數(shù)據(jù)量較大的聚合頻段作為最優(yōu)聚合頻段。具體比較算法如下，其中Ik為記錄的最優(yōu)聚合頻段其比較流程圖如圖3所示。
權(quán)利要求
1.一種基于業(yè)務(wù)時(shí)延需求的頻譜聚合方法，其特征在于，包括以下步驟 Si:將待分配頻譜的用戶按時(shí)延要求排隊(duì)，選擇丟包緊急度最大的用戶，所述丟包緊急度最大的用戶指最大時(shí)延門限與當(dāng)前經(jīng)歷時(shí)延之差最小的用戶； 52:以聚合范圍 的最大跨度S為搜索窗口，從離散可用頻段的最低頻開(kāi)始搜索； 53:找出當(dāng)前搜索窗口內(nèi)的最優(yōu)聚合頻段； 54:將搜索窗口起點(diǎn)移至下一個(gè)可用頻段的最低頻，重復(fù)步驟S3 ； 55:重復(fù)步驟S4直到所有的可用頻段均已搜索完畢； 56:將最終選出的聚合頻段分配給步驟SI選出的用戶，并在可用頻段集合中去除已分配的頻段，在剩余用戶中重復(fù)步驟Sf S5直至所有的用戶分配完畢； 57:將剩余的頻譜碎片進(jìn)行再分配。
2.如權(quán)利要求I所述的基于業(yè)務(wù)時(shí)延需求的頻譜聚合方法，其特征在于，所述步驟S3具體包括 S3. I :搜索窗口內(nèi)離散的頻段，找出所有滿足用戶帶寬需求的聚合頻段，若沒(méi)有滿足的聚合頻段，則選擇搜索窗口內(nèi)的所有可用頻段作為本次搜索的最優(yōu)聚合頻段，跳至S4 ； S3. 2 :計(jì)算各聚合頻段的頻譜生存時(shí)間和用戶在各聚合頻段上的傳輸數(shù)據(jù)所需時(shí)間，選擇頻譜生存時(shí)間大于用戶傳輸數(shù)據(jù)所需時(shí)間且二者差值最小的頻段作為本次搜索的最優(yōu)聚合頻段，若所有聚合頻段的頻譜生存時(shí)間均小于用戶傳輸數(shù)據(jù)所需時(shí)間，則選擇使用戶傳輸數(shù)據(jù)量最大的聚合頻段作為本次搜索的最優(yōu)聚合頻段； S3. 3 :將本次搜索選擇的最優(yōu)聚合頻段與當(dāng)前記錄的最優(yōu)聚合頻段進(jìn)行比較，選出最佳并記錄。
3.如權(quán)利要求2所述的基于業(yè)務(wù)時(shí)延需求的頻譜聚合方法，其特征在于，所述頻譜的生存時(shí)間為聚合頻段中各子頻段的生存時(shí)間的最小值。
4.如權(quán)利要求2所述的基于業(yè)務(wù)時(shí)延需求的頻譜聚合方法，其特征在于，所述步驟S3. 3具體包括 比較本次選出最優(yōu)聚合頻段的頻譜生存時(shí)間和用戶傳輸時(shí)間之差與當(dāng)前記錄最優(yōu)聚合頻段的頻譜生存時(shí)間和用戶傳輸時(shí)間之差A(yù)tk,若Atkil^P Atk均為正值，則選擇差值較小的聚合頻段作為最優(yōu)聚合頻段；若Atk, 和Atk—正一負(fù)，則選擇差值為正的聚合頻段作為最優(yōu)聚合頻段；若Atk, 和Atk均為負(fù)值，則比較用戶在兩個(gè)聚合頻段上的可傳輸數(shù)據(jù)量的大小，選擇可傳輸數(shù)據(jù)量較大的聚合頻段作為最優(yōu)聚合頻段。
5.如權(quán)利要求I所述的基于業(yè)務(wù)時(shí)延需求的頻譜聚合方法，其特征在于，所述步驟S7將剩余的頻譜碎片進(jìn)行再分配的方式為選擇一段頻譜碎片，查找聚合跨度S包含該碎片的所有已分配用戶，將頻譜碎片分配給在該碎片上傳輸速度最快的用戶，重復(fù)執(zhí)行該過(guò)程直至所有的碎片分配完畢。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于業(yè)務(wù)時(shí)延需求的頻譜聚合方法，涉及無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明的方法通過(guò)對(duì)空間可用離散頻段的搜索，在聚合跨度的范圍內(nèi)，為待分配頻譜的用戶選擇最優(yōu)的聚合頻段。本發(fā)明充分考慮了用戶的丟包緊急度，并結(jié)合頻譜生存時(shí)間進(jìn)行頻譜優(yōu)化選擇，最小化了用戶的丟包率，同時(shí)提高了頻譜的時(shí)間利用率，減少了用戶的頻譜切換，盡可能地容納了更多的用戶，從而避免了頻譜浪費(fèi)，提高了頻譜效率。
文檔編號(hào)H04W72/04GK102843229SQ20121030624
公開(kāi)日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月24日
發(fā)明者滕穎蕾, 張勇, 宋梅, 王莉, 劉媛媛, 李元峰, 翁航, 都晨輝, 王小軍, 高鵬 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)