基于多用戶干擾特征預(yù)測(cè)4g網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)效率最大化方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及4G蜂窩網(wǎng)絡(luò)、用戶調(diào)度、OFDM、以及多用戶干擾技術(shù)，尤其涉及一種基于多用戶干擾特征預(yù)測(cè)4G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)效率最大化方法。本發(fā)明對(duì)于多用戶4GOFDM無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，利用當(dāng)信道處于不同的衰落狀態(tài)時(shí)，在不同時(shí)間間隔粒度范圍內(nèi)，估測(cè)來(lái)自其它用戶的總干擾狀態(tài)，將干擾估測(cè)值作為調(diào)度用戶的基準(zhǔn)之一，同時(shí)將用戶的隊(duì)列長(zhǎng)度最為另一個(gè)調(diào)度基準(zhǔn)?；趦煞N基準(zhǔn)的聯(lián)合估測(cè)，適應(yīng)實(shí)際的多用戶4G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)干擾環(huán)境，使的用戶的調(diào)度效率得到保證，該方法特別適用于系統(tǒng)處于活動(dòng)用戶數(shù)量很多的狀態(tài)。
【專利說(shuō)明】基于多用戶干擾特征預(yù)測(cè)4G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)效率最大化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及4G蜂窩網(wǎng)絡(luò)、用戶調(diào)度、0FDM、以及多用戶干擾技術(shù)，尤其涉及一種基于多用戶干擾特征預(yù)測(cè)4G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)效率最大化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]下一代多用戶無(wú)線網(wǎng)絡(luò)需要為更多的具有突發(fā)特性的數(shù)據(jù)用戶提供有效的服務(wù)，這使得系統(tǒng)資源更顯緊缺。對(duì)于多用戶OFDM無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)前存在的調(diào)度方法大多都基于假設(shè)具有完善的信道狀態(tài)(包括本文第三章提出的DSA算法)。這些方法在假設(shè)具有嚴(yán)格準(zhǔn)確的子載波信道質(zhì)量條件下，基于信道狀態(tài)自適應(yīng)地選擇子載波和分配功率，從而滿足用戶QoS某一指標(biāo)需求。然而，當(dāng)信道處于不同的衰落狀態(tài)時(shí)，在短時(shí)間間隔粒度范圍內(nèi)(更準(zhǔn)確地說(shuō):以每個(gè)時(shí)隙為間隔)，即時(shí)準(zhǔn)確地估測(cè)每一個(gè)用戶子載波信道狀態(tài)是不實(shí)際的，限制了這些算法的實(shí)際應(yīng)用性。在實(shí)際的多用戶無(wú)線環(huán)境中，一個(gè)活動(dòng)用戶的信號(hào)數(shù)據(jù)狀態(tài)不僅與其信道衰落狀態(tài)和多徑效應(yīng)等因素有關(guān)，而且與其他活動(dòng)用戶的信號(hào)強(qiáng)度有關(guān)(干擾因素)，特別是當(dāng)系統(tǒng)處于活動(dòng)用戶數(shù)量很多的狀態(tài)時(shí)，這一因素更是不可忽略。
[0003]為取得具有多用戶干擾狀態(tài)下的4G OFDM無(wú)線網(wǎng)絡(luò)用戶傳輸?shù)母咝?，本方案提出了適用于4G OFDM多用戶干擾下的調(diào)度方法，該方法能夠有效利用多用戶多業(yè)務(wù)4G網(wǎng)絡(luò)實(shí)際系統(tǒng)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行效率的最大化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]1、所要解決的技術(shù)問(wèn)題
研究人員Eunchul Yool提出了一種基于實(shí)際多用戶環(huán)境中子載波間存在的相關(guān)結(jié)構(gòu)(頻域相關(guān)性)統(tǒng)計(jì)特性預(yù)測(cè)，選擇子載波及功率分配的算法[I]。這種算法通過(guò)同時(shí)利用子載波間的相關(guān)特性和平均信道狀態(tài)值提高了系統(tǒng)的平均和速率。然而，子載波帶寬小于相關(guān)帶寬時(shí)，每個(gè)子載波之間產(chǎn)生了相互獨(dú)立性，這時(shí)該算法限制了通過(guò)選擇信道好的子載波來(lái)提高系統(tǒng)容量的靈活性。有效地利用每個(gè)子載波要求子載波帶寬應(yīng)足夠小，以便在信道處于不同的衰落狀態(tài)時(shí)都能夠?yàn)槊總€(gè)用戶選擇具有相互獨(dú)立性的每個(gè)子載波。
[0005]2、技術(shù)方案
為了解決以上問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于多用戶干擾特征預(yù)測(cè)4G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)效率最大化方法:首先，估測(cè)4G OFDM多用戶干擾狀態(tài)。本方案采用典型的具有突發(fā)特性的0N/0FF模型作為用戶數(shù)據(jù)模型，對(duì)數(shù)據(jù)序列的長(zhǎng)尾性、自我相似性結(jié)構(gòu)相關(guān)性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)特征估測(cè)，與0N/0FF用戶序列統(tǒng)計(jì)結(jié)構(gòu)相關(guān)的幾個(gè)重用參數(shù)如下:
(I)最小的ON狀態(tài)持續(xù)期，該參數(shù)由最小的文件大小和傳輸率決定。
[0006](2)最小的OFF狀態(tài)持續(xù)期。該參數(shù)由用戶的思考時(shí)間決定，其變化范圍是I?30s,本方案選擇:2s.(3)流量文件大小分布的斜坡。本方案選擇1.3。
[0007](4)用戶流量空置時(shí)間大小分布的斜坡。本方案選擇:1.5。[0008]然后，估測(cè)無(wú)線衰落信道狀態(tài)的統(tǒng)計(jì)估測(cè)。使用一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)便的信道模型來(lái)描述無(wú)線信道衰落特性。主要考慮的兩個(gè)衰落相關(guān)因素是:距離相關(guān)衰減因素和慢-陰影衰落因素。因此，距離相關(guān)衰減因素是:傳播衰減選擇d-4。其中:d表示傳播距離。慢-陰影衰落用具有標(biāo)準(zhǔn)偏差的正態(tài)分布描述。
[0009]為了在子載波信道處于不同的衰落狀態(tài)時(shí)都能夠?yàn)槊總€(gè)用戶選擇具有相互獨(dú)立性的每個(gè)子載波(同時(shí)也為了克服頻率選擇性衰落所造成的符號(hào)間干擾)，采用足夠小的載波帶寬(小于相關(guān)帶寬)。
[0010]多用戶無(wú)線環(huán)境中，0N/0FF用戶數(shù)據(jù)具有自我相似周期相關(guān)特性。同時(shí)，考慮到用戶數(shù)據(jù)序列大小(傳輸文件的大小)分布的隨機(jī)性，當(dāng)傳輸較小的數(shù)據(jù)序列的用戶較多時(shí)，應(yīng)采用短時(shí)間粒度范圍預(yù)測(cè)模型獲得和干擾信號(hào)在包的粒度水平預(yù)測(cè)值。因此，本方法同時(shí)考慮了干擾特征和業(yè)務(wù)隊(duì)列等待狀態(tài)，能夠使實(shí)際4G0FDM無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸具有效性和公平性的兩種保證。
[0011]3、有益效果
使用該算法能夠高效實(shí)現(xiàn)基于干擾狀態(tài)和隊(duì)列等待時(shí)間估測(cè)的系統(tǒng)傳輸效率最大化?！緦＠綀D】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1基于聯(lián)合物理層、數(shù)據(jù)鏈路控制層和應(yīng)用層系統(tǒng)傳輸模型【具體實(shí)施方式】
[0013]下面通過(guò)實(shí)施例來(lái)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0014]實(shí)施例1
其工作方式如下:
考慮到用戶可能有較重對(duì)列負(fù)載，因此使用指數(shù)加權(quán)低通時(shí)間窗口平滑用戶數(shù)據(jù)的到達(dá)速率(控制用戶數(shù)據(jù)的接入)。將指數(shù)加權(quán)低通時(shí)間窗口的窗口長(zhǎng)度調(diào)整為大時(shí)間粒度干擾預(yù)測(cè)間隔最優(yōu)值。
[0015]系統(tǒng)優(yōu)化模型是基于聯(lián)合物理層、數(shù)據(jù)鏈路控制層和應(yīng)用層的機(jī)制。所以，算法的實(shí)現(xiàn)需要同時(shí)利用用戶數(shù)據(jù)的時(shí)間相關(guān)性(應(yīng)用層)和用戶子載波信道狀態(tài)的分集性(物理層)確定子載波的分配決定(數(shù)據(jù)鏈路控制層)。優(yōu)化實(shí)現(xiàn)過(guò)程如圖1所示。
[0016]實(shí)現(xiàn)機(jī)制主要包括如下三步:
第一步:確定每個(gè)用戶的QoS相關(guān)常數(shù)。
[0017]第二步:計(jì)算每個(gè)用戶數(shù)據(jù)隊(duì)列的平均等待時(shí)間。
[0018]第三步:將子載波集分配給具有最大隊(duì)列時(shí)延效益的用戶。
[0019]使用迭代升級(jí)法完成在所有M個(gè)用戶間的子載波分配。由于子載波分配時(shí)間間隔粒度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于時(shí)隙長(zhǎng)度所以很大程度上減小了迭代方法所需的時(shí)間開(kāi)銷。因此，M個(gè)用戶之間的子載波分配復(fù)雜度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于:(M-1)2(K + l)log2(K)。使用該算法能夠高效實(shí)現(xiàn)基于干擾狀態(tài)和隊(duì)列等待時(shí)間估測(cè)的系統(tǒng)傳輸效率最大化。
【權(quán)利要求】
1.一種基于多用戶干擾特征預(yù)測(cè)4G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)效率最大化方法，包括以下步驟:第一步、估測(cè)4G OFDM多用戶干擾狀態(tài)；第二步、估測(cè)無(wú)線衰落信道狀態(tài)的統(tǒng)計(jì)估測(cè)。
2.如權(quán)利要求1所述的基于多用戶干擾特征預(yù)測(cè)4G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)效率最大化方法，其特征在于:第一步采用典型的具有突發(fā)特性的0N/0FF模型作為用戶數(shù)據(jù)模型，對(duì)數(shù)據(jù)序列的長(zhǎng)尾性、自我相似性結(jié)構(gòu)相關(guān)性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)特征估測(cè)。
3.如權(quán)利要求1所述的基于多用戶干擾特征預(yù)測(cè)4G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)效率最大化方法，其特征在于:第二部中使用一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)便的信道模型來(lái)描述無(wú)線信道衰落特性，主要考慮的兩個(gè)衰落相關(guān)因素是距離相關(guān)衰減因素和慢-陰影衰落因素。
4.如權(quán)利要求1-2所述的基于多用戶干擾特征預(yù)測(cè)4G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)效率最大化方法，其特征在于:多用戶無(wú)線環(huán)境中，0N/0FF用戶數(shù)據(jù)具有自我相似周期相關(guān)特性，同時(shí)考慮到用戶數(shù)據(jù)序列大小分布的隨機(jī)性，當(dāng)傳輸較小的數(shù)據(jù)序列的用戶較多時(shí)，應(yīng)采用短時(shí)間粒度范圍預(yù)測(cè)模型獲得和干擾信號(hào)在包的粒度水平預(yù)測(cè)值。
5.如權(quán)利要求1-2所述的基于多用戶干擾特征預(yù)測(cè)4G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)效率最大化方法，其特征在于:使用該算法能夠高效實(shí)現(xiàn)基于干擾狀態(tài)和隊(duì)列等待時(shí)間估測(cè)的系統(tǒng)傳輸效率最大化。
【文檔編號(hào)】H04L25/02GK103647732SQ201310647487
【公開(kāi)日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年12月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月6日
【發(fā)明者】徐曉聲, 郭坤祺, 王志鵬, 蔡銳銳 申請(qǐng)人:鎮(zhèn)江坤泉電子科技有限公司