本發(fā)明涉及一種基于動(dòng)態(tài)分簇的超密集網(wǎng)絡(luò)無(wú)線資源分配方法，屬于無(wú)線通信系統(tǒng)中基站分簇和資源分配領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著用戶的數(shù)量和帶寬需求的指數(shù)型增長(zhǎng)，移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)面臨著巨大的挑戰(zhàn)。為了提高整體網(wǎng)絡(luò)容量并滿足爆炸式數(shù)據(jù)流量需求，一種可行的方法是提高網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)的密度，即在宏站覆蓋區(qū)域內(nèi)部署密集小站。隨著網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)密度的逐漸增加，最終會(huì)形成超密集網(wǎng)絡(luò)(ultradensenetwork，udn)。超密集網(wǎng)絡(luò)將打破傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的固有格局，將大量數(shù)據(jù)流量從宏蜂窩分流到微蜂窩，能更有效實(shí)現(xiàn)整體覆蓋區(qū)域無(wú)線資源的優(yōu)化分配。與此同時(shí)，這類(lèi)網(wǎng)絡(luò)也會(huì)導(dǎo)致微蜂窩小區(qū)間強(qiáng)烈的信號(hào)干擾，并且嚴(yán)重影響小區(qū)邊緣用戶的性能。為了解決這一系列問(wèn)題，協(xié)作多點(diǎn)發(fā)送和接收(coordinatedmultipointtransmissionandreception，comp)能轉(zhuǎn)化干擾信號(hào)為有用信號(hào)來(lái)緩解小區(qū)間干擾(inter-cellinterference，ici)?？紤]到用戶吞吐量的最大化，網(wǎng)絡(luò)同時(shí)采用非重疊分簇方式。但是現(xiàn)有的分簇方法均局限于最大化單個(gè)用戶的性能，而忽視了由comp傳輸造成的小區(qū)內(nèi)和小區(qū)間的無(wú)線資源分配的限制條件。

現(xiàn)有的關(guān)于動(dòng)態(tài)分簇的接入方案并不能適應(yīng)超密集網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境。例如，一種基于資源感知的接入策略，是通過(guò)每個(gè)用戶的資源效用來(lái)選擇小區(qū)；另一種分布式接入策略，通過(guò)全網(wǎng)絡(luò)效用最大化來(lái)達(dá)到負(fù)載均衡；提出改進(jìn)接入策略，考慮負(fù)載和微基站的特殊約束來(lái)輔助接入選擇。然而以上研究主要側(cè)重于單小區(qū)選擇和資源分配的最優(yōu)化，沒(méi)有在最初的小區(qū)選擇階段考慮到小區(qū)間comp傳輸?shù)男阅堋Ａ硪环矫?，無(wú)線資源分配研究領(lǐng)域中，一種動(dòng)態(tài)頻譜分配方法(flexiblefrequencyallocationplan，ffap)由于子信道的分配是依據(jù)互不相同的簇，而僅適用于非重疊分簇情況；通過(guò)貪婪搜索迭代算法來(lái)優(yōu)化多小區(qū)子信道分配的問(wèn)題中，算法復(fù)雜度會(huì)隨著節(jié)點(diǎn)和用戶數(shù)目增加而急劇增長(zhǎng)。這些方法都不能用來(lái)衡量udn場(chǎng)景中的資源分配性能。本方法通過(guò)對(duì)小區(qū)間干擾的協(xié)調(diào)，結(jié)合接入節(jié)點(diǎn)選擇和小區(qū)內(nèi)資源分配兩個(gè)過(guò)程，對(duì)udn場(chǎng)景下的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的性能進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化。由于場(chǎng)景中資源調(diào)度的條件約束，必須采用分步式聯(lián)合接入分配方法。對(duì)于基站接入過(guò)程，需要著重考慮comp方式的約束條件，例如同一簇中各小區(qū)的差異化負(fù)載情況。對(duì)于資源分配過(guò)程，可以使用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)虛擬化概念，將空口鏈路的物理資源看作時(shí)間-頻率的二維網(wǎng)格，即形成一塊資源池。無(wú)線資源被分割成資源塊，每個(gè)資源塊在頻域上有12個(gè)子載波，在時(shí)域上有7個(gè)ofdma符號(hào)。每個(gè)資源塊代表著不同的頻點(diǎn)和時(shí)隙，在干擾、時(shí)延、功率等屬性上均不相同。用戶接入到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，用一定的資源塊來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，獲得資源塊越多，就可能獲得更大的帶寬和時(shí)隙，傳輸速率和時(shí)長(zhǎng)就會(huì)越高，服務(wù)的質(zhì)量也會(huì)越好。在資源分配過(guò)程中，將著重考慮小區(qū)間干擾的問(wèn)題。本發(fā)明給出一種適用于密集網(wǎng)絡(luò)的迭代算法，通過(guò)緩解小區(qū)間干擾來(lái)獲得更大的信干噪比和整體系統(tǒng)吞吐量。

近年來(lái)超密集網(wǎng)絡(luò)資源分配成為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。有研究表明，超密集無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中資源分配需要重點(diǎn)考慮網(wǎng)絡(luò)中的干擾問(wèn)題，現(xiàn)有方法大多都是采取網(wǎng)絡(luò)的資源分區(qū)或傳輸功率控制、移動(dòng)臺(tái)的干擾抑制等方式。但是這些方法沒(méi)有考慮到從資源塊角度進(jìn)行分配，且并沒(méi)有考慮把無(wú)線信道的特征和邊緣用戶的性能，因此需要結(jié)合所有資源分配的約束條件實(shí)現(xiàn)高效的資源分配，進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò)的性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有資源分配方法中存在的動(dòng)態(tài)性不足和拓展性不強(qiáng)的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于動(dòng)態(tài)分簇的超密集網(wǎng)絡(luò)無(wú)線資源分配方法。本方法將無(wú)線資源分配整體過(guò)程分為動(dòng)態(tài)分簇和資源塊分配兩個(gè)子過(guò)程：分簇過(guò)程將通過(guò)使用改進(jìn)型k均值聚類(lèi)方法來(lái)解決密集小基站的自適應(yīng)性分簇，將得到最合適隨機(jī)分布場(chǎng)景的分簇結(jié)果；資源塊分配過(guò)程針對(duì)前一子過(guò)程得到的分簇結(jié)果，使用基于比例公平的資源塊分配方法進(jìn)行資源塊分配，將虛擬資源池中的所有基站的資源塊分配給所有用戶，并且依照多點(diǎn)協(xié)同傳輸?shù)姆峙湟髮?duì)邊緣用戶進(jìn)行處理。本發(fā)明方法通過(guò)動(dòng)態(tài)高效的簇劃分和鄰簇資源塊的區(qū)分來(lái)緩解同頻干擾，有效緩解了超密集網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中傳統(tǒng)靜態(tài)方法面臨的小區(qū)間同頻干擾問(wèn)題，改善資源分配的靈活性，提高底層網(wǎng)絡(luò)利用率，降低物理節(jié)點(diǎn)或物理鏈路的負(fù)載，最終達(dá)到提高網(wǎng)絡(luò)的性能的目的。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明一種基于動(dòng)態(tài)分簇的超密集網(wǎng)絡(luò)無(wú)線資源分配方法，包括以下具體步驟：

步驟一、基站動(dòng)態(tài)分簇：根據(jù)基站的分布密度確定簇中心點(diǎn)和簇的數(shù)目，采用改進(jìn)型k均值聚類(lèi)方法對(duì)網(wǎng)絡(luò)中隨機(jī)分布的基站進(jìn)行分簇；

步驟二、資源塊分配：根據(jù)步驟一中的分簇結(jié)果，采用基于比例公平的資源塊分配方法進(jìn)行資源塊分配，將虛擬資源池中的所有基站的資源塊分配給所有用戶，并且依照多點(diǎn)協(xié)同傳輸?shù)姆峙湟髮?duì)邊緣用戶進(jìn)行處理，從而完成資源分配。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案，所述超密集網(wǎng)絡(luò)中為密集分布的lte小基站，其中，基站空間分布模型為在二維平面中的獨(dú)立均勻泊松點(diǎn)過(guò)程，所有基站采用ofdma接入方式。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案，步驟一具體為：

1.1：計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)基站的密度指標(biāo)：其中，df為第f個(gè)基站的密度指標(biāo)，rf為第f個(gè)基站的鄰域半徑，scf為第f個(gè)基站的坐標(biāo)，scb為第b個(gè)基站的坐標(biāo)，f為網(wǎng)絡(luò)中的基站總數(shù)；

1.2：將密度指標(biāo)值最大的基站記為其密度指標(biāo)記為則定為第j個(gè)簇中心點(diǎn)，并更新除簇中心點(diǎn)外其余基站的密度指標(biāo)為則

1.3：判斷是否成立，若成立則得到分簇?cái)?shù)目為l＝j(luò)，并跳到步驟1.4；若不成立則回到步驟1.2，其中，為第j個(gè)簇中心點(diǎn)確定后更新后的基站密度指標(biāo)的最大值，為第1個(gè)簇中心點(diǎn)的密度指標(biāo)值，δ為影響因子；

1.4：根據(jù)步驟1.3得到的分簇?cái)?shù)目l和簇中心點(diǎn)集合記每個(gè)簇中心點(diǎn)的坐標(biāo)值為μj，即通過(guò)以下迭代形成分簇：

①計(jì)算當(dāng)c^(f)＝j(luò)時(shí)，則第f個(gè)基站所在的分簇為cj，并計(jì)算準(zhǔn)則函數(shù)

②根據(jù)步驟①中的分簇結(jié)果，更新每個(gè)簇中心點(diǎn)的坐標(biāo)值，即其中，|cj|表示第j個(gè)簇中基站的個(gè)數(shù)。同時(shí)根據(jù)新的簇中心點(diǎn)坐標(biāo)值計(jì)算新的準(zhǔn)則函數(shù)若enew＝eold則輸出分簇結(jié)果，完成分簇操作；否則，令返回步驟①重新進(jìn)行分簇。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案，步驟二具體為：

2.1：初始化：設(shè)置每個(gè)用戶使用的資源塊集合為空集，即中心用戶和速率rac＝0，邊緣用戶和速率rae＝0；

2.2：將步驟一中所分的基站簇按照其關(guān)聯(lián)用戶集合cuj的數(shù)目|cuj|降序排列，得到重新排序后的基站簇集合為{c1',c'2,...,c'l}，其中，cuj為第j個(gè)基站簇cj的關(guān)聯(lián)用戶集合；

2.3：對(duì)重新排序后的基站簇集合中的第j個(gè)基站簇c'j的關(guān)聯(lián)用戶依次進(jìn)行首輪資源塊分配，具體步驟如下：

尋找此刻信道狀態(tài)最優(yōu)的用戶u、基站m和基站資源塊l，即滿足條件p∈cuj，其中，表示第j個(gè)基站簇的第m個(gè)基站將資源塊l分配給用戶u時(shí)的信道狀態(tài)信息，表示第j個(gè)基站簇的第k個(gè)基站將資源塊n分配給用戶p時(shí)的信道狀態(tài)信息，nj,k表示第j個(gè)基站簇的第k個(gè)基站所能分配的資源塊的集合，kj表示第j個(gè)基站簇的基站總數(shù)；

①若此時(shí)用戶u∈uc，其中，uc表示中心用戶集合，則將第j個(gè)基站簇的第m個(gè)基站的資源塊l分配給用戶u，即ωu＝ωu∪{(j,m,l)}，并令nj,m＝nj,m-{l}，其中，表示第j個(gè)基站簇的第k個(gè)基站與用戶u的連接關(guān)系，nj,m表示第j個(gè)基站簇的第m個(gè)基站所能分配的資源塊的集合；同時(shí)，令其中，b為系統(tǒng)資源塊的帶寬，表示第j個(gè)基站簇的第k個(gè)基站在資源塊n上的發(fā)射功率，表示用戶i與第j個(gè)基站簇的第k個(gè)基站在資源塊n上的信道增益，表示第l個(gè)基站簇的第m個(gè)基站在資源塊n上的發(fā)射功率，表示用戶i與第l個(gè)基站簇的第m個(gè)基站在資源塊n上的信道增益，σ²表示加性高斯白噪聲的功率；

②若此時(shí)用戶u∈ue，其中，ue表示邊緣用戶集合，則確定協(xié)作基站p，使其滿足將第j個(gè)基站簇的第m個(gè)基站的資源塊l和第p個(gè)基站的資源塊l一起分配給用戶u，即ωu＝ωu∪{(j,m,l),(j,p,l)}，并令nj,m＝nj,m-{l}，nj,p＝nj,p-{l}，同時(shí)，令其中，表示第j個(gè)基站簇的第m個(gè)基站與用戶i的連接關(guān)系；

重復(fù)進(jìn)行步驟2.3，直到第j個(gè)簇中所有關(guān)聯(lián)用戶都進(jìn)行過(guò)一次資源分配后，進(jìn)入步驟2.4；

2.4：若所有基站的資源塊都分配完，則得到資源塊分配結(jié)果；若則分為以下兩種情況繼續(xù)對(duì)剩余資源塊進(jìn)行分配后，得到資源塊分配結(jié)果：

①當(dāng)時(shí)，則尋找用戶u，使其滿足確定用戶u以后，尋找基站m和基站資源塊l，使其滿足n∈nj,k，令ωu＝ωu∪{(j,m,l)}，nj,m＝nj,m-{l}，令其中，為中心用戶與邊緣用戶速率比例公平參數(shù)；

②若則尋找用戶u，使其滿足確定用戶u以后，尋找基站m和基站資源塊l，使其滿足n∈nj,k，并尋找協(xié)同基站p，使其滿足令ωu＝ωu∪{(j,m,l),(j,p,l)}，nj,m＝nj,m-{l}，nj,p＝nj,p-{l}，并令

作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案，。

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：本發(fā)明方法利用分步的處理方式，將基站分簇和資源塊分配兩個(gè)子過(guò)程進(jìn)行分離，降低了資源分配的復(fù)雜度。一方面，針對(duì)基站分布的隨機(jī)性，所提出的方法采用分簇方法來(lái)得到最佳的分簇結(jié)果，為資源塊分配過(guò)程提供更精細(xì)的分配空間；另一方面，針對(duì)資源塊的無(wú)線屬性和簇內(nèi)資源分配條件，此方法將高效地分配資源池中的資源塊，從而得到最優(yōu)的資源分配結(jié)果。本發(fā)明提出的方法可以有效地提高系統(tǒng)用戶的和速率，達(dá)到整體網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)化的最終目標(biāo)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明基于分簇的超密集網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模型。

圖2為本發(fā)明具體某個(gè)分簇中資源塊分配示意圖。

圖3為本發(fā)明基于動(dòng)態(tài)分簇的超密集網(wǎng)絡(luò)無(wú)線資源分配方法的一個(gè)實(shí)施例流程圖。

圖4為本發(fā)明的所述方法的一個(gè)實(shí)施例與現(xiàn)有方法的性能對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明：

圖1是本發(fā)明提出方法所使用的超密集網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景的系統(tǒng)框架圖。本發(fā)明的場(chǎng)景詳述：圖中描述的是一個(gè)超密集lte微蜂窩網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中部署f個(gè)低功耗小基站，所有小站的集合記為s，其空間分布模型為在二維平面中具有密度λs的獨(dú)立均勻泊松點(diǎn)過(guò)程(homogeneouspoissonpointprocess，hppp)。所有小基站共用同一頻段的無(wú)線資源。設(shè)定所有小基站集合為s，為了降低干擾，將網(wǎng)絡(luò)中的小基站分為l簇，設(shè)定c＝{c1,..,cj,..,cl}表示所有簇的集合，且第j個(gè)簇中小基站總數(shù)為kj。在lte系統(tǒng)中，基站采用ofdma接入方式，無(wú)線資源在頻域上分為c個(gè)子載波，每個(gè)載波的帶寬為b，因此將基站的物理無(wú)線資源抽象成虛擬資源池中的資源塊，每個(gè)基站的資源塊數(shù)目為n，所有資源都將統(tǒng)一由中心控制單元(centercontrolunit，ccu)管控和配置。用戶隨機(jī)分布在網(wǎng)絡(luò)中，其分布密度為λu，且有λu＜λs，所有用戶集合記為u。假設(shè)用戶能準(zhǔn)確得到下行信道狀態(tài)信息，則用戶將根據(jù)所有鄰近小區(qū)的參考信號(hào)強(qiáng)度，優(yōu)先選擇信號(hào)強(qiáng)度最大的基站成為此用戶的主基站，同時(shí)主基站所在的簇也為用戶所接入的簇。

根據(jù)上述場(chǎng)景，記第j個(gè)簇中第k個(gè)基站為sj,k，假設(shè)基站sj,k將資源塊n分配給用戶i，此時(shí)，用戶i接收端的信干噪比為：

其中，表示基站sj,k在資源塊n上的發(fā)射功率。假設(shè)小基站的發(fā)射功率為pm，且為每個(gè)使用的資源塊平均分配功率，即表示用戶i與基站sj,k在資源塊n上的信道增益；σ²表示加性高斯白噪聲的功率。

根據(jù)用戶在網(wǎng)絡(luò)中的位置將用戶分為兩類(lèi)，即：中心用戶(centeruser，cu)和邊緣用戶(edgeuser，eu)，這兩類(lèi)用戶集合分別記為uc和ue。假定用戶接入基站sj,k，定義γth為區(qū)分中心用戶與邊緣用戶的參考信號(hào)功率閾值，則用戶可以通過(guò)下式進(jìn)行分類(lèi)：

根據(jù)上述用戶分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，中心用戶的信道狀態(tài)較好，僅需使用單個(gè)基站的資源即可保證信號(hào)傳輸；而邊緣用戶處于基站邊緣位置，受到大量來(lái)自其他基站的干擾，接收端的信干噪比較小，信號(hào)質(zhì)量較差，需要使用多基站協(xié)作傳輸?shù)姆绞教嵘吘売脩舻膫鬏斔俾?。因此，?duì)于邊緣用戶采用多點(diǎn)協(xié)作傳輸(coordinatedmultiplepoints-jointtransmission，comp-jt)方式，使用不同基站的相同頻率的載波來(lái)為用戶傳輸信號(hào)，發(fā)送有用信號(hào)的各載波之間可以采用特定的編碼方式和調(diào)制方式來(lái)消除干擾。該傳輸方案可以增強(qiáng)有用信號(hào)的強(qiáng)度，同時(shí)可以降低用戶間干擾，提高用戶接收端的信干噪比。在本場(chǎng)景中，邊緣用戶僅選擇同簇中的基站來(lái)進(jìn)行協(xié)同傳輸。

圖2展示了在某簇中資源塊分配的一個(gè)示例。由圖2可以看出，此基站簇中包含3個(gè)小基站，基站的物理資源被抽象為資源池中的資源塊，通過(guò)ccu的統(tǒng)一分配給接入的5個(gè)用戶。其中用戶2、用戶5為中心用戶，分別從小基站1和小基站3中獲得資源；而用戶1、用戶3、用戶4為邊緣用戶，ccu用戶對(duì)應(yīng)的主基站和協(xié)同基站中分配相應(yīng)的資源塊來(lái)滿足comp傳輸?shù)氖褂脳l件。通過(guò)使用網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)中的用戶無(wú)需知道所使用的物理資源的來(lái)源，而只需關(guān)心自己的服務(wù)體驗(yàn)。

邊緣用戶i使用資源塊n傳輸信號(hào)時(shí)接收到的信號(hào)為：

其中，表示用戶i使用資源塊n接收到的來(lái)自基站sj,k的信號(hào)；n0表示高斯白噪聲；為指示變量，用于表明基站sj,k與用戶i的連接關(guān)系，其取值如(4)式所示：

邊緣用戶i使用資源塊n傳輸信息時(shí)接收端的信干噪比為：

根據(jù)shannon公式，邊緣用戶i使用資源塊n時(shí)可達(dá)速率為：

則邊緣用戶和速率為：

對(duì)于中心用戶i∈uc，有：

該用戶使用資源塊n傳輸信息時(shí)接收端的信干噪比為：

根據(jù)shannon公式，中心用戶i使用資源塊n時(shí)可以獲得的可達(dá)速率為：

其中，b為系統(tǒng)資源塊帶寬。則中心用戶和速率為

綜上，整個(gè)系統(tǒng)和速率為邊緣用戶和速率rae和中心用戶和速率rac之和：

本發(fā)明以最大化系統(tǒng)和速率為目標(biāo)，通過(guò)基站資源塊的優(yōu)化分配，實(shí)現(xiàn)整體網(wǎng)絡(luò)用戶和速率的最大化?；谏鲜鏊枷?，建立如下優(yōu)化問(wèn)題：

優(yōu)化目標(biāo)：

約束條件：c1

c2

c3

c4

其中，c1、c2為分簇約束，c3、c4為資源塊的正交性約束。從優(yōu)化問(wèn)題可知，用戶的和速率與分簇結(jié)果c、資源塊分配指示變量有關(guān)。上述優(yōu)化問(wèn)題屬于0-1混合整數(shù)非線性規(guī)劃，該問(wèn)題是一種np困難問(wèn)題，難以使用傳統(tǒng)的最優(yōu)化方法求解。同時(shí)，由于指示變量數(shù)量龐大，傳統(tǒng)的隱枚舉法也不適用，本發(fā)明設(shè)計(jì)新的方法求解上述問(wèn)題。

圖3為本發(fā)明基于動(dòng)態(tài)分簇的超密集網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線資源分配方法的一個(gè)實(shí)施例流程圖。該實(shí)施例所述方法包括以下步驟。

步驟一、基站動(dòng)態(tài)分簇。

在超密集無(wú)線網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景中，基站分布密度提高，大量的小基站實(shí)際分布位置并不確定，需要對(duì)基站進(jìn)行分簇處理?；痉执氐囊饬x在于為用戶提供更為精細(xì)的資源分配空間，而且每個(gè)基站只需要知道同簇中其他基站的信道信息，使得各個(gè)簇中的資源分配變得更加高效，降低從整體網(wǎng)絡(luò)角度進(jìn)行資源分配而帶來(lái)的高復(fù)雜度。如果采用固定的區(qū)域化分簇，其分簇結(jié)果將會(huì)出現(xiàn)疏密程度不一的問(wèn)題，無(wú)法實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的拓展和資源的靈活分配。而動(dòng)態(tài)分簇將會(huì)根據(jù)實(shí)際的分布情況改變分簇的數(shù)量和規(guī)模，更好地規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)線資源分配范圍。

本發(fā)明對(duì)網(wǎng)絡(luò)中隨機(jī)分布的基站進(jìn)行動(dòng)態(tài)分簇，使用提出的改進(jìn)型k均值聚類(lèi)方法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)中大量基站的分簇，為不同模式用戶的簇內(nèi)資源塊分配提供有效的分配空間。其實(shí)現(xiàn)方法為：利用改進(jìn)型k均值聚方法，可以根據(jù)實(shí)際的基站分布密度合理地調(diào)整聚類(lèi)的進(jìn)程，生成簇中心點(diǎn)以及簇的數(shù)目，接著由簇中心點(diǎn)向周?chē)鸭线m的基站，獲得最終的分簇結(jié)果。

定義為所有基站的坐標(biāo)集合，df為基站f的密度指標(biāo)，rf為基站f的鄰域半徑。δ為影響因子，該值與最終的簇的數(shù)目有關(guān)，在本場(chǎng)景中設(shè)δ＝0.5

分簇方法具體如下：

(1)計(jì)算所有基站的密度，獲得密度指標(biāo)其中，密度指標(biāo)最大的基站記為其密度指標(biāo)為

(2)選擇密度值最大的基站，記為其密度指標(biāo)為則定為第j個(gè)簇中心點(diǎn)。此時(shí)，更新除簇中心點(diǎn)之外其他基站的密度指標(biāo)

(3)記判斷是否滿足若滿足，則得到分簇?cái)?shù)目為l＝j(luò)，并跳到步驟4；若不滿足，則回到步驟2。

(4)根據(jù)步驟3得到的分簇?cái)?shù)目l和簇中心點(diǎn)集合記每個(gè)簇中心點(diǎn)的坐標(biāo)值為μj，即通過(guò)下面的迭代形成分簇：

①對(duì)于所有的基站f＝1,2,...,f，計(jì)算當(dāng)c^(f)＝j(luò)時(shí)，則基站f所在的分簇為cj。以此形成l個(gè)分簇c1,...,cl。同時(shí)計(jì)算準(zhǔn)則函數(shù)

②根據(jù)①中的分簇結(jié)果，更新簇中心點(diǎn)的坐標(biāo)值，即同時(shí)根據(jù)新的簇中心點(diǎn)坐標(biāo)值計(jì)算新的準(zhǔn)則函數(shù)若enew＝eold則完成分簇操作，得到分簇結(jié)果c1,...,cl。否則，將新的簇中心點(diǎn)坐標(biāo)值作為新的簇中心點(diǎn)的坐標(biāo)值帶入①重新進(jìn)行分簇。

根據(jù)上述分簇結(jié)果分簇方法，記分簇cj的關(guān)聯(lián)用戶集合為cuj，cuj中的用戶u的關(guān)聯(lián)基站集合為bsu。在動(dòng)態(tài)分簇結(jié)束后，進(jìn)入下一步的資源塊分配過(guò)程。

步驟二、資源塊分配。

以簇為單位進(jìn)行資源塊分配時(shí)，由于每個(gè)簇的關(guān)聯(lián)用戶數(shù)量不盡相同，優(yōu)先在關(guān)聯(lián)用戶數(shù)目較多的簇中進(jìn)行資源塊的分配，有利于將信道狀態(tài)較好的資源塊優(yōu)先分給更多的用戶，從而使得關(guān)聯(lián)用戶較多的簇能獲得更多的資源，同時(shí)也減輕了網(wǎng)絡(luò)中的干擾。與此同時(shí)，考慮到comp傳輸?shù)囊?，需要將不同基站的同一資源塊進(jìn)行同步分配。

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于比例公平的資源塊分配方法，根據(jù)步驟一中的分簇結(jié)果，對(duì)中心用戶的單基站資源分配和邊緣用戶的簇內(nèi)comp資源分配進(jìn)行同步處理，通過(guò)所提出的基于比例公平的資源塊分配方法，在用戶所在簇內(nèi)，將基站的信道狀態(tài)較優(yōu)的資源塊優(yōu)先進(jìn)行分配，同時(shí)減輕所受到的干擾并保證不同模式間的比例公平性。其實(shí)現(xiàn)方法是：將所有資源塊根據(jù)步驟一得到的分簇結(jié)果，按照分簇的關(guān)聯(lián)用戶數(shù)目的比例分配給各分簇，然后再將剩余的資源塊迭代地分配給所有用戶，同時(shí)進(jìn)行中心用戶和邊緣comp用戶的分配，保證用戶間的比例公平性。并且，方法在資源塊分配過(guò)程中避免鄰簇共用資源塊來(lái)減輕同頻干擾。

本發(fā)明的方法先將所有資源塊依照cuj中用戶的數(shù)目(記為|cuj|)比例在各簇中分配，然后再將余下的資源塊迭代地分配給所有用戶。定義：ω表示已分配給用戶的資源塊的集合，為中心用戶與邊緣用戶速率比例公平參數(shù)。

本發(fā)明的資源塊分配方法具體如下：

1：初始化：設(shè)置每個(gè)用戶使用的資源塊集合為空集，即中心用戶和速率rac＝0，邊緣用戶和速率rae＝0。

2：將基站簇按照關(guān)聯(lián)用戶集合cuj的數(shù)目|cuj|降序進(jìn)行排列，重新排序?yàn)閧c1',c'2,...,c'l}。

3：對(duì)第j個(gè)基站簇的關(guān)聯(lián)用戶依次進(jìn)行首輪資源塊分配，步驟如下：

尋找此刻信道狀態(tài)最優(yōu)的用戶u、基站m和基站資源塊l，即滿足條件p∈cuj，其中，表示第j個(gè)基站簇的第m個(gè)基站將資源塊l分配給第u個(gè)用戶時(shí)的信道狀態(tài)信息。nj,k表示第j個(gè)基站簇的第k個(gè)基站所能分配的資源塊的集合。

用戶分為邊緣用戶和中心用戶，按用戶類(lèi)型分為以下兩種情況：

①若此時(shí)用戶u∈uc，則將該資源分配給用戶u，即ωu＝ωu∪{(j,m,l)}，nj,m＝nj,m-{l}，并根據(jù)(11)式計(jì)算rac。

②若u∈ue，確定協(xié)作基站p，使其滿足令ωu＝ωu∪{(j,m,l),(j,p,l)}，nj,m＝nj,m-{l}，nj,p＝nj,p-{l}，并根據(jù)(7)式計(jì)算rae。返回步驟3。直到cuj中所有用戶都進(jìn)行過(guò)一次資源分配后，進(jìn)入步驟4。

4：當(dāng)時(shí)，分兩種情況對(duì)剩余資源塊進(jìn)行分配：

①當(dāng)時(shí)，則尋找用戶u，使其滿足確定用戶u以后，尋找基站m和基站資源塊l，滿足n∈nj,k，令ωu＝ωu∪{(j,m,l)}，nj,m＝nj,m-{l}，根據(jù)(11)式計(jì)算rac。

②若則尋找用戶u，使其滿足固定u，尋找基站m和基站資源塊l，使其滿足n∈nj,k，以及協(xié)同基站p，使其滿足令ωu＝ωu∪{(j,m,l),(j,p,l)}，nj,m＝nj,m-{l}，nj,p＝nj,p-{l}，并根據(jù)(7)式計(jì)算rae。

當(dāng)所有基站的資源分配完全時(shí)，退出循環(huán)，得到資源塊分配結(jié)果。

通過(guò)上述方法，資源池中所有基站的資源塊將按照中心用戶和邊緣用戶的設(shè)定比例來(lái)依次分匹配給所有用戶。此時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中的資源利用率將達(dá)到最大值，即所有資源都已經(jīng)分配給最合適的用戶。同時(shí)，此方法通過(guò)邊緣用戶的comp傳輸，在在資源塊分配過(guò)程中避免鄰簇共用資源塊減輕了干擾，能獲得更大的用戶和速率。

圖4為本發(fā)明方法與傳統(tǒng)的固定分簇和隨機(jī)資源塊分配方法之間的性能對(duì)比。可以看出，在相同的系統(tǒng)環(huán)境設(shè)定下，隨著小基站分布密度的不斷增加，本發(fā)明提出的資源分配方法能夠更獲得更高的用戶和速率。

以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書(shū)的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。