CN102752865A - 一种混合频段的ap信道分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合频段AP信道分配方法。信道分配方法包括ISM频段信道分配与授权频段以认知无线电方式接入。包括以下步骤：1)计算各AP的干扰面积，按干扰面积占通信面积比例的大小降序为对应AP分配权重；2)选取未分配AP权重最大者，为其分配最优信道，直到所有AP信道分配完毕；3)计算各AP的信干比，与其保证通信质量的阈值比较，若均小于阈值则分配完成，若存在大于阈值的情况且授权频段有可用信道则为其分配授权信道。本发明优化了高密度部署下AP的信道分配，充分利用ISM频段及授权频段的可用信道，提高了***的吞吐量。

Description

一种混合频段的AP信道分配方法

技术领域

本发明设计混合频段的AP信道分配技术，特别是涉及ISM频段与授权频段混合信道分配方法。

背景技术

目前，随着人们对多媒体业务需求的激增，蜂窝通信(2G/3G网络)已经不能很好地满足用户的需求，而无线局域网(WLAN)具备高速率、易部署、成本低等特点，得到移动运营商的认可，各大运营商在人口密度大的热点区域部署无线AP，将WLAN视为2/3G数据分流最有效的手段。

但是由于目前缺乏统一的商用WLAN的部署以及信道管理方案，各大运营商部署的无线AP在同一个热点区域出现同频信道配置的情况非常严重，当信道干扰严重时，甚至会出现用户通信的中断。可见，有效地解决热点区域内无线AP的信道干扰问题，是大规模商用WLAN部署的关键技术之一。

解决无线AP信道干扰的方法主要有两种，一种是在无线AP工作的ISM/UNII频段通过图着色、整数线性规划、最小生成树等方法为AP在非授权频段分配合适的信道，使整体干扰最小，但是由于WLAN信道本身的有限性，面对同一区域高密度部署的无线AP时，干扰情况仍然得不到有效改善。另一种是通过认知无线电技术，接入利用率不高的授权频段，拓展无线AP的工作频段，增加可用的信道。这个领域，到目前为止，研究的成果还非常之少，也就是说，要让基于WLAN的认知网络接入利用率不高的空闲授权频段，还有大量的技术问题需要攻克。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于最小信干比的混合频段AP信道分配方法，充分利用ISM频段和授权频段资源，增加无线通信***资源利用率，提高网络吞吐量。

本发明所采用的技术方案是：

1)基于干扰面积的权重计算，其过程如下：

1.1)根据相邻AP_i的通信半径r₁和AP_j的干扰半径r₂，计算AP_i的通信区域与AP_j的干扰区域的重叠面积，所述面积计算方法如下：

$A_{\mathrm{ij}}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{1}{2}{r}_1^2[{\mathrm{\&theta;}}_1-\sin \left({\mathrm{\&theta;}}_1\right)]+\frac{1}{2}{r}_2^2[{\mathrm{\&theta;}}_2-\sin \left({\mathrm{\&theta;}}_2\right)],& d_{\mathrm{ij}}<r_1+r_2\\ 0,& d_{\mathrm{ij}}\&GreaterEqual;r_1+r_2\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中，d_ij为AP_i与AP_j之间的距离，θ₁为AP_i重叠部分的圆心角，θ₂为AP_j重叠部分的圆心角；

1.2)计算各AP与其它AP重叠面积之和，将其与通信面积比较，得到AP权重，所述计算方法如下：

$W_i=\frac{\underset{j=1,j\&NotEqual;i}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{A}_{\mathrm{ij}}}{{\mathrm{\&pi;r}}_1^2}---\left(2\right)$

其中，N为AP数目；

2)基于信干比的混合频段信道分配，其过程如下：

2.1)依据ISM频段信道上信号的功率谱密度计算信道隔离度，所述信道隔离度计算方法如下：

$\mathrm{\&phi;}(c_i,c_j)={\&Integral;}_{-\&infin;}^{+\&infin;}{S}_t\left(f\right)S_r(f-\mathrm{\&tau;})\mathrm{df}---\left(3\right)$

其中，c_i是分配给AP_i的信道，c_j是分配给AP_j的信道，S_t(f)表示AP发射功率分布，S_r(f)表示AP接收功率分布，τ是AP_i和AP_j信道重叠之间的偏置频率；

2.2)结合信道隔离度与重叠区域，信干比的计算方法如下：

${\mathrm{SIR}}_i=\frac{{\mathrm{\&pi;r}}_1^2}{\underset{j=1,j\&NotEqual;i}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{\&phi;}(c_i,c_j)A_{\mathrm{ij}}}---\left(4\right)$

将每个AP的信干比与其阈值比较，若存在信干比大于阈值的情况则侦查授权频段是否存在可用信道；

2.3)授权频段信道感知，其过程如下：

$\underset{\{r_j,x_j\}}{\max }\underset{j=\mathrm{0,1}}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{\&pi;}}_j{r}_j\mathrm{Pr}\{r_j\&le;{\log }_2[1+\frac{x_j{g}_{\mathrm{ss}}}{(1-z_j){\mathrm{Yg}}_{\mathrm{ps}}+n}\left]\right\}$

$s.t.\underset{j=\mathrm{0,1}}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{\&pi;}}_j{x}_j\&le;{\mathrm{\&Gamma;}}_1---\left(5\right)$

$\underset{j=\mathrm{0,1}}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{\&pi;}}_j{\mathrm{\&alpha;}}_{0j}{x}_j{g}_{\mathrm{sp}}\&le;{\mathrm{\&Gamma;}}_2$

其中，π₀表示感知结果为授权频段信道忙的概率，π₁表示感知结果为授权频段信道可用的概率，r₁、x₁表示授权频段信道空闲时二级用户的状态，g_ss为二级用户发射机到接收机的信道功率增益，g_ps为主用户发射机到二级用户接收机的增益，g_sp为二级用户发射机到主用户接收机的增益，z_j＝0表示授权频段信道忙，z_j＝1表示授权频段信道可用，α_ij表示后授权频段实际状态为i而感知结果为j的后验概率，Γ₁为二级用户功率最大值，Γ₂为二级用户对主用户的干扰阈值。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：针对高密度AP部署情况下的多干扰情况，提出混合频段信道分配算法，当通信质量达不到要求时以认知无线电方式接入授权频段，能有效利用无线频谱资源，提高无线网络吞吐量。

附图说明

图1为通信区域与干扰区域重叠部分；

图2为ISM频段信道情况；

图3为ISM频段信号功率谱密度；

图4为ISM频段信道分配流程；

图5为混合频段信道分配流程。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

参照图1～图5，一种混合频段的AP信道分配方法，所述信道分配方法包括以下步骤：

1)如图1，按AP通信区域与临近AP干扰区域的重叠面积，计算信道分配时AP的权重，其过程如下：

1.1)根据相邻AP_i的通信半径r₁和AP_j的干扰半径r₂，计算AP_i的通信区域与AP_j的干扰区域的重叠面积，所述面积计算方法如下：

$A_{\mathrm{ij}}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{1}{2}{r}_1^2[{\mathrm{\&theta;}}_1-\sin \left({\mathrm{\&theta;}}_1\right)]+\frac{1}{2}{r}_2^2[{\mathrm{\&theta;}}_2-\sin \left({\mathrm{\&theta;}}_2\right)],& d_{\mathrm{ij}}<r_1+r_2\\ 0,& d_{\mathrm{ij}}\&GreaterEqual;r_1+r_2\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中，d_ij为AP_i与AP_j之间的距离，θ₁为AP_i重叠部分的圆心角，θ₂为AP_j重叠部分的圆心角；

1.2)计算各AP与其它AP重叠面积之和，将其与通信面积比较，得到AP权重，所述计算方法如下：

$W_i=\frac{\underset{j=1,j\&NotEqual;i}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{A}_{\mathrm{ij}}}{{\mathrm{\&pi;r}}_1^2}---\left(2\right)$

其中，N为AP数目；

2)如图4，基于整数线性规划的ISM频段信道分配，其过程如下：

2.1)判定是否存在未分配信道的AP，若存在则进行信道分配，否则结束ISM频段信道分配过程；

2.2)查找当前AP有多少个与之存在重叠区域的AP：

(1)若只有一个，则其信道分配如下：

f_v＝(f_u+5)mod11    (3)

其中，f_v为当前AP分配信道的中心频率，f_u为与之存在重叠区域的AP信道的中心频率；

(2)若两个AP与当前AP存在重叠区域，其信道分配如下：

min(|f_v-f_u|，|f_v-f_w|)＝5    (4)

其中，f_v为当前AP分配信道的中心频率，f_u为与之存在重叠区域的一个AP信道的中心频率，f_w为与之存在重叠区域的另一个AP信道的中心频率；

(3)若三个AP与当前AP存在重叠区域(存在三个以上的选取重叠区域最大的三个)，其信道分配如下：

min(|f_v-f_u|，|f_v-f_w|，|f_v-f_y|)＝d    (5)

其中，f_u、f_w、f_y分别为三个AP信道的中心频率，d从5到1取值，直到f_v有解；

2.3)标识当前AP为已分配信道AP，更新AP分配信道状态信息；

3)预估各AP的信干比，并与其阈值比较，存在信干比大于阈值的情况，考虑在授权频段分配信道，其过程如下：

3.1)依据ISM频段信道上信号的功率谱密度计算信道隔离度，所述信道隔离度计算方法如下：

$\mathrm{\&phi;}(c_i,c_j)={\&Integral;}_{-\&infin;}^{+\&infin;}{S}_t\left(f\right)S_r(f-\mathrm{\&tau;})\mathrm{df}---\left(3\right)$

其中，c_i是分配给AP_i的信道，c_j是分配给AP_j的信道，S_t(f)表示AP发射功率分布，S_r(f)表示AP接收功率分布，τ是AP_i和AP_j信道重叠之间的偏置频率；

3.2)结合信道隔离度与重叠区域，信干比的计算方法如下：

${\mathrm{SIR}}_i=\frac{{\mathrm{\&pi;r}}_1^2}{\underset{j=1,j\&NotEqual;i}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{\&phi;}(c_i,c_j)A_{\mathrm{ij}}}---\left(4\right)$

将每个AP的信干比与其阈值比较，若存在信干比大于阈值的情况则侦查授权频段是否存在可用信道；

3.3)授权频段信道感知，其过程如下：

$\underset{\{r_j,x_j\}}{\max }\underset{j=\mathrm{0,1}}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{\&pi;}}_j{r}_j\mathrm{Pr}\{r_j\&le;{\log }_2[1+\frac{x_j{g}_{\mathrm{ss}}}{(1-z_j){\mathrm{Yg}}_{\mathrm{ps}}+n}\left]\right\}$

$s.t.\underset{j=\mathrm{0,1}}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{\&pi;}}_j{x}_j\&le;{\mathrm{\&Gamma;}}_1---\left(5\right)$

$\underset{j=\mathrm{0,1}}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{\&pi;}}_j{\mathrm{\&alpha;}}_{0j}{x}_j{g}_{\mathrm{sp}}\&le;{\mathrm{\&Gamma;}}_2$

其中，π₀表示感知结果为授权频段信道忙的概率，π₁表示感知结果为授权频段信道可用的概率，r₁、x₁表示授权频段信道空闲时二级用户的状态，g_ss为二级用户发射机到接收机的信道功率增益，g_ps为主用户发射机到二级用户接收机的增益，g_sp为二级用户发射机到主用户接收机的增益，z_j＝0表示授权频段信道忙，z_j＝1表示授权频段信道可用，α_ij表示后授权频段实际状态为i而感知结果为j的后验概率；

3.4)授权频段信道可用则分配授权频段信道，否则按ISM频段信道分配结果分配信道。

Claims (3)

1.一种混合频段的AP信道分配方法，其特征在于：所述信道分配方法包括以下步骤：

1)AP权重计算方法，AP信道分配的优先级按AP权重的大小降序排列，其过程如下：

1.1)根据相邻AP_i的通信半径r₁和AP_j的干扰半径r₂，计算AP_i的通信区域与AP_j的干扰区域的重叠面积，所述面积计算方法如下：

$A_{\mathrm{ij}}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{1}{2}{r}_1^2[{\mathrm{\&theta;}}_1-\sin \left({\mathrm{\&theta;}}_1\right)]+\frac{1}{2}{r}_2^2[{\mathrm{\&theta;}}_2-\sin \left({\mathrm{\&theta;}}_2\right)],& d_{\mathrm{ij}}<r_1+r_2\\ 0,& d_{\mathrm{ij}}\&GreaterEqual;r_1+r_2\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中，d_ij为AP_i与AP_j之间的距离，θ₁为AP_i重叠部分的圆心角，θ₂为AP_j重叠部分的圆心角；

1.2)计算各AP与其它AP重叠面积之和，将其与通信面积比较，得到AP权重，所述计算方法如下：

$W_i=\frac{\underset{j=1,j\&NotEqual;i}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{A}_{\mathrm{ij}}}{{\mathrm{\&pi;r}}_1^2}---\left(2\right)$

其中，N为AP数目；

1.3)从未分配信道的AP中选取权重最大者，按整数线性规划方法为其分配最优信道；

2)计算信干比，若所有AP信干比均小于其阈值则保存分配结果，若存在AP信干比大于其阈值的情况，侦查授权频段是否存在可用信道，若存在则为其分配授权频段信道，若不存在则保持原信道分配结果。

2.根据权利要求1所述的混合频段的AP信道分配方法，其特征在于：所述步骤2)中，AP位置信息已确定，AP接收到客户端的功率为定值；客户端在AP通信区域内服从泊松分布，干扰区域内等概率接入干扰AP；客户端信息优先级等概率且随机出现，同优先级信息等概率接入通信网络。

3.如权利要求1所述的混合频段的AP信道分配方法，其特征在于：所述步骤2)中，按权重降序排列为对应AP分配最优信道，选取与相邻AP正交的信道；为所有AP在ISM频段分配信道之后计算各AP的信干比，并于其通信阈值进行比较；若存在信干比大于阈值的情况，使用最大发现概率或最小虚警概率感知授权频段是否存在可用信道，若存在则以认知无线电方式接入，否则按ISM频段分配结果分配。

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