基于二分圖匹配的甚高頻臺(tái)站信道資源分配策略

摘 要：在空管系統(tǒng)中，為提供可靠的地空通信服務(wù)，對(duì)于同一空域扇區(qū)，一般需要多重甚高頻信號(hào)覆蓋。但甚高頻臺(tái)站的信道資源是有限的，如何制定合理的甚高頻臺(tái)站信道分配策略，使得扇區(qū)信號(hào)覆蓋最優(yōu)化，是提升地空通信質(zhì)量的重點(diǎn)。

本文提出了一種基于二分圖匹配的甚高頻臺(tái)站信道分配策略。該方法應(yīng)用于上海區(qū)管36扇區(qū)調(diào)整工程，能實(shí)現(xiàn)臺(tái)站信道與扇區(qū)的自動(dòng)配對(duì)，檢索時(shí)間達(dá)到實(shí)時(shí)。并且該方法不依賴于扇區(qū)和空域的變化，是一種通用的方法。

關(guān)鍵詞：地空通信，甚高頻遙控臺(tái)信道，二分圖匹配

1 引言

地空通信是最主要的航空移動(dòng)通信方式[1]。目前上海區(qū)域管制中心所轄空域基本實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)扇區(qū)頻率的多重甚高頻信號(hào)覆蓋[2]。但隨著區(qū)管新增至36扇區(qū)工程啟動(dòng)，需要通過(guò)調(diào)整現(xiàn)有臺(tái)站的信道資源以實(shí)現(xiàn)對(duì)所有扇區(qū)的優(yōu)化覆蓋。

以往的方法一般通過(guò)經(jīng)驗(yàn)法結(jié)合仿真軟件實(shí)現(xiàn)甚高頻臺(tái)站信道資源的重新分配，但該類方法仍屬經(jīng)驗(yàn)性質(zhì)，且要逐一調(diào)整。本文提出了一種基于二分圖匹配的甚高頻臺(tái)站信道分配策略，能實(shí)現(xiàn)信道與扇區(qū)的自動(dòng)配對(duì)，檢索時(shí)間達(dá)到實(shí)時(shí)。

2 甚高頻臺(tái)站信道分配策略

2.1 問(wèn)題簡(jiǎn)述

甚高頻臺(tái)站信道分配問(wèn)題可以描述為：將臺(tái)站信道資源分配給覆蓋范圍內(nèi)的扇區(qū)使用，使覆蓋的扇區(qū)數(shù)量最大化，同時(shí)必須滿足兩條限制條件：1）臺(tái)站信道只能給覆蓋范圍內(nèi)的扇區(qū)使用；2）一旦某個(gè)信道資源已被扇區(qū)占用，其他扇區(qū)不能使用。下文將對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行建模，并提出本文方法。

2.2 建圖

給定若干扇區(qū)和臺(tái)站信道資源，可以構(gòu)建圖G = （V， E），其中點(diǎn)集合V = VS∪VC。 每個(gè)扇區(qū)si∈VS，對(duì)應(yīng)可選的信道資源cj∈VC，i，j為編號(hào)。線集合E中，每個(gè)（si，cj）∈E代表扇區(qū)si和臺(tái)站信道cj之間一個(gè)可能的分配，即扇區(qū)si有可能使用cj這一信道資源。

圖1（a）給出一個(gè)例子，s1， s2代表兩個(gè)管制扇區(qū)，c1， c2 ， c3代表可分配的臺(tái)站信道資源，（s1，c1）代表 s1和c1的一個(gè)可能的分配。分配是“線段”的集合，如s1和c1連線，即代表扇區(qū)s1可以使用c1信道資源。

接下來(lái)的問(wèn)題就是要在圖1（a）中找到最大數(shù)量的分配結(jié)果，這個(gè)分配結(jié)果應(yīng)滿足：1）多個(gè)cj可同時(shí)分配給一個(gè)si，即臺(tái)站信道可以給覆蓋范圍內(nèi)的任一扇區(qū)使用；2）對(duì)于單個(gè)cj，只能分配給一個(gè)si，即一個(gè)信道資源不能同時(shí)分配給兩個(gè)扇區(qū)使用。

圖1（b）和（c）都是滿足以上兩個(gè)條件的分配結(jié)果，由紅色線段表示。圖1（b）中臺(tái)站信道c1， c2 ， c3都分配給扇區(qū)s2使用；圖1（c）中信道c1分配給扇區(qū)s1，而c2 ， c3分配給s2使用。可以看出，雖然圖1（b）和（c）的結(jié)果使所有信道資源都分配完畢，但圖1（c）方案明顯優(yōu)于圖1（b）方案，因?yàn)榍罢吒采w了更多的扇區(qū)。

2.3 基于二分圖匹配的甚高頻臺(tái)站信道分配策略

為確保得到最優(yōu)分配結(jié)果，我們引入二分圖匹配，實(shí)施以下策略：

1.對(duì)于圖G，可利用匈牙利算法[3]計(jì)算二分圖最大匹配；

2.對(duì)未匹配的cj信道進(jìn)行信道分配的補(bǔ)全。

還是以圖1（a）為例，圖2（a）通過(guò)匈牙利算法[3]自動(dòng)計(jì)算出二分圖匹配結(jié)果，該匹配優(yōu)先確保為每個(gè)扇區(qū)si分配一個(gè)可能的信道cj，圖2（b）對(duì)未匹配的c3進(jìn)行手動(dòng)分配補(bǔ)全，最后得到最優(yōu)分配結(jié)果。

我們通過(guò)表格給出信道分配結(jié)果，如表1。

3 上海區(qū)域分區(qū)信道分配結(jié)果

目前上海區(qū)域管制中心進(jìn)行區(qū)域36扇調(diào)整方案的評(píng)估，該方案需要在現(xiàn)有信道資源基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化分配。通過(guò)本文方案，我們自動(dòng)計(jì)算出36扇區(qū)臺(tái)站信道分配的可能結(jié)果，這里我們給出新增的31-36扇的分配結(jié)果。

由表2的數(shù)據(jù)可以看出，基于二分圖匹配的甚高頻臺(tái)站信道分配策略能自動(dòng)、有效地輸出信道分配結(jié)果。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文提出的基于二分圖匹配的甚高頻臺(tái)站信道分配策略，不依賴于扇區(qū)和信道的變化，可以自動(dòng)輸出信道分配結(jié)果，是一種通用、高效的方法。下階段工作可進(jìn)一步優(yōu)化分配結(jié)果，如通過(guò)精確計(jì)算覆蓋的接收?qǐng)鰪?qiáng)與信噪比等技術(shù)要素進(jìn)行驗(yàn)證，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整。

參考文獻(xiàn)：

[1] 航空無(wú)線電導(dǎo)航臺(tái)和空中交通管制雷達(dá)站設(shè)置場(chǎng)地規(guī)范（MH/T4003-1996）

[2] 張鏹 基于語(yǔ)音比選技術(shù)的空管地空通信覆蓋優(yōu)化研究與實(shí)現(xiàn) 《上海交通大學(xué)》，2011.

[3] D. B. West， Introduction to Graph Theory， 2nd ed. Englewood Cliffs， NJ： Prentice-Hall， 2001.

作者簡(jiǎn)介：

沈劍偉（1984—），男，上海人，碩士，上海技保中心技術(shù)支持室，研究方向?yàn)榈乜胀ㄐ拧⒗走_(dá)自動(dòng)化。endprint