基于图论家庭基站无线资源分配算法研究

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1、RadioResourceAllocationAlgorithmbasedonGraphTheoryinFemtocellNetworksThesisSubmittedtoNanjingUniversityofPostsandTelecommunicationsfortheDegreeofMasterofEngineeringBySHIJurongSupervisor:Prof.ZHUQiMarch2013南京邮电大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文

2、中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人学位论文及涉及相关资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。研究生签名：_____________日期：____________南京邮电大学学位论文使用授权声明本人授权南京邮电大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档；允许论文被查阅和借阅；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库

3、进行检索；可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。本文电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。论文的公布（包括刊登）授权南京邮电大学研究生院办理。涉密学位论文在解密后适用本授权书。研究生签名：____________导师签名：____________日期：_____________摘要家庭基站作为宏蜂窝网络的补充和扩展，已经被广泛应用于移动通信系统中。它的出现为解决室内覆盖，提供高系统容量和数据速率提供了新的思路。然而，家庭基站的引入也带来了宏蜂窝和家庭基站之间以及家庭基站之间的干扰问题。如何进行有效的资源分配以

4、减小干扰，在保证服务质量的同时又提高系统吞吐量和频谱利用效率，成为了一个很重要的研究课题。本文介绍了家庭基站和OFDM技术的基本概念，深入分析了宏小区和家庭基站共存网络的下行干扰和不同频谱分配方式。介绍了图论的基本概念，将图论中的点着色算法与信道分配问题相联系，对已有的基于图论的干扰协调算法进行了研究和分析。研究了家庭基站与宏蜂窝网络下基于随机图的频谱复用问题。采用随机图理论对干扰进行分析，给出了不同复用方式下满足系统最小需求的资源块的最大值和最小值，并仿真比较了该算法与两种基于顶点着色的启发式算法的性能。仿真结果表明宏小区和

5、家庭小区分开复用频谱的方式下，理论计算的最大值给出了一个所需资源块数的很好的估计，共享复用方式下，若宏链路和家庭链路之间的干扰概率较小，所需的资源块数与公式计算的最小值差距也非常小。为了解决两层网络的频谱分配问题，本文提出了一种基于图论着色的分簇信道分配算法。首先计算宏用户的信干噪比，若有对宏用户干扰大的家庭基站，则调整相应家庭基站可用的子信道集。然后对家庭基站系统分别构建无向干扰图和有向权重干扰图，使用一种基于簇的改进算法给每个用户分配频谱资源，以减小系统中的干扰。仿真结果表明，该算法在保证宏用户信干噪比的条件下，提高了家庭

6、基站的吞吐量和频谱效率。在OFDM多小区场景下，提出了一种基于图论的干扰协调频谱分配算法。该算法先通过遗传算法求得宏用户占用的资源块比例，然后考虑到不同资源块上宏基站和小尺度衰落对家庭用户产生的影响，对家庭基站系统建立了多张有向权重干扰图来动态分配频谱。仿真结果表明，该算法既满足了宏用户的服务质量要求，又使得家庭用户的总吞吐量得到了提高。关键词:正交频分复用，图论，家庭基站，宏基站，频谱分配IAbstractAsacomplementandexpansionofcellularnetwork,femtocellhasbeenw

7、idelyusedinmobilecommunicationsystem.Theemergenceoffemtocellgivesnewideastosolvetheindoorcoverageandprovideshighsystemcapacityanddatarate.However,femtocellbringstheproblemofthecross-layerinterferencebetweenthemacrocellandfemtocellsaswellasthesame-layerinterferencebe

8、tweenfemtocells.HowtoallocateresourcesefficientlytoreduceinterferenceandguaranteetheQualityofService(QoS)whileimprovingthesystemthroughput