專利名稱：基于相關(guān)聚類的無(wú)線資源分配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，更進(jìn)一步涉及無(wú)線蜂窩通信系統(tǒng)領(lǐng)域中的無(wú)線資源分配方法。本發(fā)明可應(yīng)用在無(wú)線蜂窩通信系統(tǒng)中，對(duì)無(wú)線鏈路和子載波資源進(jìn)行分配，使得子載波能夠提供最大的鏈路速率，同時(shí)保證鏈路之間的公平性。
背景技術(shù)：
在無(wú)線蜂窩通信系統(tǒng)中，由于鏈路數(shù)通常小于待傳輸?shù)淖虞d波數(shù)，而不同子載波在不同鏈路上的分配會(huì)產(chǎn)生一定的速率差距。有限子載波資源的分配方案，對(duì)系統(tǒng)的性能有很大的影響?，F(xiàn)有的資源分配方法主要有:比例公平方法，匈牙利算法，最大值方法。西門子(中國(guó))有限公司申請(qǐng)的專利“多載波無(wú)線通信系統(tǒng)的子載波分配方法”(專利申請(qǐng)?zhí)?00510115002，公開號(hào)CN1972266A)中，公開了一種多載波無(wú)線通信系統(tǒng)中的子載波分配方法，其步驟為:(I)將系統(tǒng)擁有的子載波沿頻率軸劃分為子頻帶，每個(gè)子頻帶由沿頻率軸依次排列，并且至少包含一個(gè)系統(tǒng)所擁有的子載波。(2)對(duì)所述子頻帶上的無(wú)線信道沖激響應(yīng)功率進(jìn)行測(cè)量；(3)系統(tǒng)中的控制節(jié)點(diǎn)依據(jù)所述無(wú)線信道沖激響應(yīng)功率的測(cè)量值為所述系統(tǒng)中的用戶終端分配供其使用的子頻帶。最終分配完成。該方法的不足是:由于控制節(jié)點(diǎn)對(duì)用戶終端使用的子頻帶上的無(wú)線信道沖擊響應(yīng)功率進(jìn)行監(jiān)視，對(duì)于業(yè)務(wù)量比較大的情況下，需要頻繁的分配信道，這種監(jiān)視很耗費(fèi)資源。文獻(xiàn)[l]FangleiSun, Mingli You, Jin Liu, Pinging Wen, Shaoquan Wu “JointFrequency-spatial Resource Allocation with Bipartite Matching in OFDM-MIMOSysterms(978-1-4244-2517-4/09.2009IEEE)中提出的比例公平方法。比例公平方法其基本思想是利用論文中給出的公式，確定每一種鏈路的比例系數(shù)，然后將子載波與鏈路的速率矩陣按照比例系數(shù)轉(zhuǎn)化為方陣，最后利用匈牙利算法進(jìn)行最終分配，但是其比例系數(shù)的確定僅僅局限于矩陣元素大于I的情況，根據(jù)文獻(xiàn)[2] 1annis G.Fraimis,Stavros A.Kotsopoulos “QoS-Based Proportional Fair Allocation Algorithm forOFDMA Wireless Cellular Systerms(IEEE COMMUNICATIONS LETTERS, VOL.15, N0.10，0CT0BER2011)]中所提出的確定鏈路速率矩陣的方法，會(huì)得到鏈路速率矩陣元素都小于I的情況，此時(shí)比例公平方法就不適用，并且由于依據(jù)比例系數(shù)將矩陣轉(zhuǎn)化為方陣，增加了矩陣的規(guī)模將會(huì)使得計(jì)算復(fù)雜度增大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提出一種基于相關(guān)聚類的無(wú)線資源分配方法。本發(fā)明將圖論知識(shí)引入到無(wú)線蜂窩通信系統(tǒng)的資源分配問題中，提出了資源聚類的概念，對(duì)于某些具有一定相似度的資源進(jìn)行聚類，分給相同的用戶，在一定程度上減小了計(jì)算的復(fù)雜度。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的基本思路是:利用子載波對(duì)于鏈路之間的速率關(guān)系，合理的表達(dá)出相互子載波之間的相關(guān)性，利用最大相關(guān)性準(zhǔn)則進(jìn)行子載波之間的聚類，分配給相同的鏈路，實(shí)現(xiàn)子載波資源對(duì)于鏈路的分配。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)如下:(I)獲得鏈路增益矩陣采用信道模型獲得鏈路增益矩陣，獲得的鏈路增益矩陣的列數(shù)大于行數(shù)；(2)獲得鏈路速率矩陣采用鏈路速率公式，將增益矩陣轉(zhuǎn)化為鏈路速率矩陣；(3)獲得相關(guān)系數(shù)矩陣采用相關(guān)系數(shù)公式，依次計(jì)算出所有子載波之間的相關(guān)系數(shù)，組成相關(guān)系數(shù)矩陣；(4)找出最小相關(guān)系數(shù)從相關(guān)系數(shù)矩陣中找出所有相關(guān)系數(shù)對(duì)應(yīng)元素的最小相關(guān)系數(shù)；(5)更新待分配資源矩陣將最小相關(guān)系數(shù)在相關(guān)系數(shù)矩陣中的行數(shù)和列數(shù)所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)子載波，添加到待分配的資源矩陣中；(6)計(jì)算相關(guān)距離利用相關(guān)距離公式，分別計(jì)算出沒有進(jìn)入待分配資源矩陣中的子載波和待分配資源矩陣中所有子載波的相關(guān)距離；(7)更新待分配資源矩陣7a)從步驟(6)計(jì)算出的沒有進(jìn)入待分配資源矩陣中的子載波的相關(guān)距離中找出相關(guān)距離最小的子載波，將該子載波添加到待分配資源矩陣中，對(duì)待分配資源矩陣進(jìn)行更新；7b)對(duì)于更新后的待分配資源矩陣，利用相關(guān)距離公式，計(jì)算出沒有進(jìn)入待分配資源矩陣中的子載波和更新后待分配資源矩陣中所有子載波的相關(guān)距離；7c)找出步驟7b)中相關(guān)距離最小的子載波，將該子載波添加到待分配資源矩陣中，對(duì)待分配資源矩陣進(jìn)行更新，執(zhí)行步驟7b)計(jì)算更新后的待分配資源矩陣，直到待分配資源矩陣為方陣，執(zhí)行步驟(8)對(duì)待分配資源方陣進(jìn)行子載波分配；對(duì)于沒有進(jìn)入待分配資源矩陣的子載波，執(zhí)行步驟(9)進(jìn)行資源聚類；(8)子載波分配對(duì)待分配資源方陣運(yùn)用匈牙利算法進(jìn)行子載波分配，得到每個(gè)子載波傳輸信息所對(duì)應(yīng)的鏈路；(9)進(jìn)行資源聚類從步驟(3)的相關(guān)系數(shù)矩陣中，找出與步驟7c)沒有進(jìn)入待分配資源方陣的子載波相關(guān)系數(shù)最大、待分配資源矩陣的子載波；將沒有進(jìn)入待分配資源方陣的子載波分配給與相關(guān)系數(shù)最大的待分配資源矩陣中子載波所對(duì)應(yīng)的鏈路，完成資源聚類。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):第一，由于本發(fā)明通過計(jì)算相關(guān)距離，找出了與鏈路數(shù)目相同個(gè)子載波進(jìn)行分配，克服了現(xiàn)有技術(shù)中比例分配方法和多次匈牙利方法進(jìn)行所有子載波資源分配的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度高的缺點(diǎn)，使得本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度明顯降低。第二，由于本發(fā)明對(duì)待分配資源方陣?yán)眯傺览惴ㄟM(jìn)行分配，克服了現(xiàn)有技術(shù)中比例分配方法由于鏈路之間的相關(guān)性而導(dǎo)致速率較低的缺點(diǎn)，使得本發(fā)明能夠提供高于比例分配方法的速率。第三，由于本發(fā)明采用了資源聚類的方法，將速率矩陣轉(zhuǎn)化為待分配資源方陣，克服了現(xiàn)有技術(shù)中比例分配方法利用比例關(guān)系來(lái)將速率矩陣轉(zhuǎn)化為方陣時(shí)候產(chǎn)生的系數(shù)無(wú)法求解的缺點(diǎn)，使得本發(fā)明適用于任何情況下的速率矩陣，增大了對(duì)于速率矩陣的適用范圍。


圖1為本發(fā)明的流程圖；圖2為本發(fā)明的仿真曲線圖；圖3為本發(fā)明資源聚類后的通信鏈路圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖1對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。步驟1，采用六徑瑞利衰落模型獲得鏈路增益矩陣。本發(fā)明的實(shí)施例是，采用ITU-RM.1225建議的MT_2000VehicularModelA信道模型，獲得6個(gè)子載波與3個(gè)鏈 路之間的鏈路增益矩陣；MT-2000Vehicular Model A信道模型參數(shù)如下表:仿真環(huán)境及參數(shù)
權(quán)利要求
1.基于相關(guān)聚類的無(wú)線資源分配方法，具體步驟如下: (1)獲得鏈路增益矩陣 采用信道模型獲得鏈路增益矩陣，獲得的鏈路增益矩陣的列數(shù)大于行數(shù)； (2)獲得鏈路速率矩陣 采用鏈路速率公式，將增益矩陣轉(zhuǎn)化為鏈路速率矩陣； (3)獲得相關(guān)系數(shù)矩陣 采用相關(guān)系數(shù)公式，依次計(jì)算出所有子載波之間的相關(guān)系數(shù)，組成相關(guān)系數(shù)矩陣； (4)找出最小相關(guān)系數(shù) 從相關(guān)系數(shù)矩陣中找出所有相關(guān)系數(shù)對(duì)應(yīng)元素的最小相關(guān)系數(shù)； (5)更新待分配資源矩陣 將最小相關(guān)系數(shù)在相關(guān)系數(shù)矩陣中的行數(shù)和列數(shù)所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)子載波，添加到待分配的資源矩陣中； (6)計(jì)算相關(guān)距離 利用相關(guān)距離公式，分別計(jì)算出沒有進(jìn)入待分配資源矩陣中的子載波和待分配資源矩陣中所有子載波的相關(guān)距離； (7)更新待分配資源 矩陣 7a)從步驟(6)計(jì)算出 的沒有進(jìn)入待分配資源矩陣中的子載波的相關(guān)距離中找出相關(guān)距離最小的子載波，將該子載波添加到待分配資源矩陣中，對(duì)待分配資源矩陣進(jìn)行更新；7b)對(duì)于更新后的待分配資源矩陣，利用相關(guān)距離公式，計(jì)算出沒有進(jìn)入待分配資源矩陣中的子載波和更新后待分配資源矩陣中所有子載波的相關(guān)距離； 7c)找出步驟7b)中相關(guān)距離最小的子載波，將該子載波添加到待分配資源矩陣中，對(duì)待分配資源矩陣進(jìn)行更新，執(zhí)行步驟7b)計(jì)算更新后的待分配資源矩陣，直到待分配資源矩陣為方陣，執(zhí)行步驟(8)對(duì)待分配資源方陣進(jìn)行子載波分配；對(duì)于沒有進(jìn)入待分配資源矩陣的子載波，執(zhí)行步驟(9)進(jìn)行資源聚類； (8)子載波分配 對(duì)待分配資源方陣運(yùn)用匈牙利算法進(jìn)行子載波分配，得到每個(gè)子載波傳輸信息所對(duì)應(yīng)的鏈路； (9)進(jìn)行資源聚類 從步驟(3)的相關(guān)系數(shù)矩陣中，找出與步驟7c)沒有進(jìn)入待分配資源方陣的子載波相關(guān)系數(shù)最大、待分配資源矩陣的子載波；將沒有進(jìn)入待分配資源方陣的子載波分配給與相關(guān)系數(shù)最大的待分配資源矩陣中子載波所對(duì)應(yīng)的鏈路，完成資源聚類。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于相關(guān)聚類的無(wú)線資源分配方法，其特征在于，步驟(I)中所述的信道模型是一個(gè)六徑瑞利衰落模型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于相關(guān)聚類的無(wú)線資源分配方法，其特征在于，步驟(2)中所述的鏈路速率公式如下:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于相關(guān)聚類的無(wú)線資源分配方法，其特征在于，步驟(3)所述的相關(guān)系數(shù)公式如下:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于相關(guān)聚類的無(wú)線資源分配方法，其特征在于，步驟(6)，步驟7b)所述的相關(guān)距離公式如下；
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于相關(guān)聚類的無(wú)線資源分配方法，其特征在于，步驟(8)所述的匈牙利算法的步驟如下: 第一步，用待分配資源方陣中的最大元素分別減去該方陣中的每個(gè)元素，將差值組成效益方陣； 第二步，將效益方陣的每行元素分別減去該行的最小元素，每一列分別減去該列的最小元素，獲得每一行和每一列至少有一個(gè)零元素的縮減方陣； 第三步，在縮減方陣中未被直線通過并且包含零元素最少的行或列中圈出一個(gè)零元素；通過該零元素做一條豎線或橫線，重復(fù)該步直到圈出與效益方陣行數(shù)相同個(gè)不同行不同列的零元素時(shí)，轉(zhuǎn)第五步；若不能圈出與效益方陣行數(shù)相同個(gè)不同行不同列的零元素，轉(zhuǎn)下步； 第四步，在沒有直線覆蓋的方陣部分找出最小元素，對(duì)沒有畫直線的各元素都減去該最小元素；對(duì)畫了橫線和豎線交叉處的各元素都加上該最小元素；對(duì)畫了一根豎線或橫線的各元素保持不變，完成縮減方陣修改，返回第二步； 第五步，對(duì)第二步中圈出的不同行不同列的零元素，將零元素在縮減方陣中所在列號(hào)的子載波分配給所 在行號(hào)的鏈路。
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于相關(guān)聚類的無(wú)線資源分配方法，該方法的具體步驟包括(1)獲得鏈路增益矩陣；(2)獲得鏈路速率矩陣；(3)獲得相關(guān)系數(shù)矩陣；(4)找出最小相關(guān)系數(shù)；(5)更新待分配資源矩陣；(6)計(jì)算相關(guān)距離；(7)更新待分配資源矩陣；(8)對(duì)待分配資源方陣運(yùn)用匈牙利算法進(jìn)行子載波分配；(9)進(jìn)行資源聚類。本發(fā)明克服了多次匈牙利分配方法和比例分配方法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度高的缺點(diǎn)，能夠提供更低的計(jì)算復(fù)雜度。本發(fā)明能夠提供更加接近速率最大值方法的分配速率，性能優(yōu)于比例分配方法和多次匈牙利分配方法。本發(fā)明克服了比例分配方法對(duì)鏈路速率矩陣的局限性，適用于任何的鏈路速率矩陣。
文檔編號(hào)H04L27/26GK103117976SQ20121059640
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月14日
發(fā)明者盧小峰, 張海林, 劉龍偉, 常勤, 侯輝 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)