一种大规模蜂窝移动通信系统动态信道分配方法

摘要

本发明涉及一种大规模蜂窝移动通信系统动态信道分配方法，属于移动通信技术领域。本发明通过将大规模蜂窝网分割成多个小规模的蜂窝子网(DCS)，并为每个蜂窝子网都设置一个独立的蜂窝子网控制中心；同时为每个蜂窝子网都建立一个实时的干扰信道表，相对于传统的DCA方法，本发明所提出的DCA方法的优势是，使整个大规模蜂窝网庞大的DCA计算量，被每个蜂窝子网分摊，因而单位时间内，每个蜂窝子网运行DCA程序的次数会大大减少，各蜂窝子网的控制中心不会因此而过载。同时，因信道重分配的次数大大减少，整个蜂窝网的信令开销也会大大降低，通信链路的延迟也会减少，从而保证了移动用户通信的实时性要求。

主权项

1.一种大规模蜂窝移动通信系统动态信道分配方法，其特征在于：它包括以下步骤：a)、将大规模蜂窝网分割成多个小规模的蜂窝子网(DCS)，各蜂窝子网的大小根据动态信道分配的性能灵活设置，并为每个蜂窝子网都设置一个独立的蜂窝子网控制中心，负责本蜂窝子网的蜂窝移动通信系统的动态信道分配(DCA)运算；b)、为每个蜂窝子网都建立一个实时的干扰信道表，该干扰信道表，是根据每个蜂窝子网的所有相邻蜂窝子网的信道分配信息建立的；c)、根据每个蜂窝子网的干扰信道表、蜂窝子网内每个蜂窝小区的信道需求，以及每个蜂窝子网内各蜂窝小区间的信道分配约束条件，为每个蜂窝子网构造一个代价函数，并采用噪声混沌神经网络(NCNN)方法，使这个代价函数的值最小；代价函数表示如下：式(1)：$\begin{array}{c}E=\frac{A_e}{2}\underset{x=1}{\overset{m}{\Sigma }}\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}\underset{j\ne i}{\Sigma }{v}_{\mathrm{xi}}{v}_{\mathrm{xj}}{f}_{\mathrm{CSC}}(i,j)+\frac{B_e}{2}\underset{x=1}{\overset{m}{\Sigma }}\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}\underset{\underset{y\ne x}{y}\in \mathrm{Near}}{\Sigma }\underset{j\ne i}{\Sigma }{v}_{\mathrm{xi}}{v}_{\mathrm{yj}}{f}_{\mathrm{ACC}}(i,j)\\ +\frac{C_e}{2}\underset{x=1}{\overset{m}{\Sigma }}\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}\underset{y\ne x}{\Sigma }{v}_{\mathrm{xi}}{y}_{\mathrm{yi}}{f}_{\mathrm{CCC}}(x,y)+\frac{D_e}{2}\underset{x=1}{\overset{m}{\Sigma }}{(\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{v}_{\mathrm{xi}}-R_x)}^2\\ +F_e\underset{x=1}{\overset{m}{\Sigma }}\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{v}_{\mathrm{xi}}{T}_{\mathrm{xi}}+G_e\underset{x=1}{\overset{m}{\Sigma }}\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\mathrm{iv}}_{\mathrm{xi}}\end{array};$d)、在任何一个蜂窝子网内，如果有新的呼叫到达，需要增加信道数，则本蜂窝子网控制中心查询所有相邻蜂窝子网，如果此时有某相邻蜂窝子网正在执行DCA程序，则等待，直到所有相邻蜂窝子网都没有执行DCA程序，则扫描所有相邻蜂窝子网的信道分配表，并生成本蜂窝子网的干扰信道表；e)、根据每个蜂窝子网的信道需求数，以及每个蜂窝子网的干扰信道表，利用NCNN方法，将每个蜂窝子网的代价函数第6项的值最小化，同时使代价函数第1、2、3、4、5项的值全部等于零；式(1)中各符号定义为：m表示一个蜂窝子网内的蜂窝小区总数，n表示一个蜂窝子网内的可用信道总数，x和y表示一个蜂窝子网内不同的蜂窝小区编号，i和j表示一个蜂窝子网内不同的可用信道编号；|x-y|表示一个蜂窝子网内两个蜂窝小区x和y的空间距离；|i-j|表示两个不同信道i和j在频域位置的间隔，v_xi表示NCNN的神经元输出，如果信道i分配给了蜂窝小区x，则v_xi＝1，否则v_xi＝0，v_xj、v_yi、v_yj的定义与v_xi的定义类似，六个常量A_e，B_e，C_e，D_e，F_e和G_e是对应各项的惩罚参数，它们根据NCNN的收敛性能，分别进行调节；式(1)的第1项是同场地约束(CSC：Co-Site Constraint)项，在一个蜂窝子网内，CSC要求所有分配到同一个蜂窝小区内的信道，都要保持一个最小的信道间隔，否则会产生严重的载波间干扰；L来表示信道的间隔，同场地约束函数定义为：式(2)：$f_{\mathrm{CSC}}(i,j)=\left\{\begin{array}{c}1,|i-j|<L\\ 0,|i-j|\ge L\end{array}\right.$当两个信道i和j的间隔小于L时，约束函数等于1，否则等于零，如果CSC得到满足，则第1项的值就会等于零，乘积项v_xiv_xj表示信道i和j被同时分配给了蜂窝小区x，且仅当约束函数f_CSC(i，j)＝0时，第1项的值才会等于零；式(1)中的第2项是临道约束(ACC)项，ACC要求相邻蜂窝小区不能分配相邻的频率，否则会相互产生严重的载波间干扰，临道约束函数定义为：式(3)：$f_{\mathrm{ACC}}(i,j)=\left\{\begin{array}{c}1,|i-j|<2\\ 0,|i-j|\ge 2\end{array}\right]$当两个相邻信道的间隔小于2时，ACC约束函数等于1，否则等于0，如果ACC约束条件得到满足，则第2项的值就会等于零；乘积项v_xiv_yj表示信道i和j分别同时被分配给蜂窝小区x和y，当且仅当约束函数f_ACC(i_，j)＝0时，第2项的值才会等于零，在第2项的求和符号中，符号Near表示小蜂窝区x的相邻蜂窝小区集合；式(1)中的第3项是同道约束(CCC)项，CCC要求任何两个被分配相同频率的蜂窝小区，在空间位置上必须间隔一定距离，否则会产生同频干扰，同道约束(CCC)函数定义为：式(4)：$f_{\mathrm{CCC}}(x,y)=\left\{\begin{array}{c}1,|x-y|<D_{\mathrm{reuse}}\\ 0,|x-y|\ge D_{\mathrm{reuse}}\end{array}\right.$其中D_reuse表示信道重用距离，如果蜂窝小区x和y的距离小于重用距离，则函数值等于1，否则等于0；如果CCC约束条件得到满足，则第3项的值就会等于零；乘积项v_xiv_yi表示信道i被同时分配给了蜂窝小区x和蜂窝小区y，且仅当约束函数f_CCC(x，y)＝0时，第3项的值才会等于零。