基于余量自適應(yīng)準(zhǔn)則的資源分配方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及基于余量自適應(yīng)準(zhǔn)則的資源分配方法及 裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 應(yīng)用于正交頻分多址系統(tǒng)（Orthogonal Frequency Division Multiple Access， 簡(jiǎn)稱OFDM)的動(dòng)態(tài)資源分配問(wèn)題已經(jīng)備受關(guān)注。在現(xiàn)有的技術(shù)中，往往將動(dòng)態(tài)資源分配 問(wèn)題轉(zhuǎn)化當(dāng)給定每個(gè)用戶所需的子載波數(shù)目和誤比特率時(shí)，如何確定最小化總發(fā)送功率問(wèn) 題，由于此問(wèn)題可通過(guò)一定的運(yùn)算得到解，該解正確性很容易被檢查，因此，此類問(wèn)題為非 確定性多項(xiàng)式（Non-deterministic Polynomial，簡(jiǎn)稱NP)問(wèn)題，所謂的非確定性是指可用 一定數(shù)量的運(yùn)算去解決多項(xiàng)式時(shí)間內(nèi)可解決的問(wèn)題。
[0003] 在現(xiàn)有技術(shù)中，許多基于OFDMA系統(tǒng)資源分配的算法已被廣泛關(guān)注。這些資源分 配算法可分為兩類：余量自適應(yīng)（M)準(zhǔn)則和速率自適應(yīng)（Rate Adaptive，簡(jiǎn)稱RA)準(zhǔn)則。 例如，在一個(gè)同帶寬的條件下，一種功率分配算法被用于帶有OFDM頻譜接入的單小區(qū)多 用戶認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中，從而滿足用戶的速率要求。另外，在現(xiàn)有技術(shù)中基于OFDM的多輸 入多輸出（Multiple Input Multiple Output，簡(jiǎn)稱ΜΙΜ0)下行鏈路系統(tǒng)，提出了一種新的 啟發(fā)式策略的算法。這種啟發(fā)式策略算法是根據(jù)不同組用戶的平均信道質(zhì)量，然后通過(guò)求 解一系列低復(fù)雜度的分配問(wèn)題解決原始問(wèn)題。
[0004] 為了同時(shí)滿足多用戶OFDM系統(tǒng)下行鏈路的子載波、比特、速率和功率需求，有多 種現(xiàn)有技術(shù)被提出。例如陳某等提出了實(shí)時(shí)加載算法，該算法試圖最小化所需的發(fā)射功率， 同時(shí)滿足每個(gè)用戶速率需求和數(shù)據(jù)錯(cuò)誤率約束。李某等在多用戶資源分配中采用分組方法 構(gòu)建了一個(gè)優(yōu)化模型，在這個(gè)模型中獨(dú)立地進(jìn)行子載波分配和功率最優(yōu)分配來(lái)保證用戶比 例約束中的公平性。高等人提出了一種最優(yōu)分組分配方法，在不同功率控制策略下最大化 關(guān)于用戶平均速率的效用函數(shù)，相關(guān)優(yōu)化問(wèn)題被表述為非凸混合整數(shù)問(wèn)題，最佳的方案可 以通過(guò)拉格朗日雙基梯度迭代得到。此外，基于塊的資源分配方案也可以在其他類似的算 法應(yīng)用，包括在OFDM下行鏈路系統(tǒng)中只為最好的資源塊反饋部分信道質(zhì)量信息，在OFDM 下行鏈路多天線的分布式系統(tǒng)為每個(gè)用戶分配效果最好的天線。
[0005] 進(jìn)一步地，為了更好地解決無(wú)線資源分配的非確定性多項(xiàng)式問(wèn)題，一種利用 Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Hopfield Neural Network，簡(jiǎn)稱ΗΝΝ)分配子載波、比特和功率的方法 被提出，該方法最小化OFDM系統(tǒng)中多用戶的整體發(fā)射功率。該HNN模型因?yàn)樗墓δ芫?類似人的視網(wǎng)膜，分配機(jī)制的合理性，成為常用的動(dòng)態(tài)模型，但是該模型不容易收斂到全局 最優(yōu)。
[0006] Luonan Chen和Kazuyuki Aihara對(duì)HNN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改進(jìn)，引入了暫態(tài)產(chǎn)生的混純動(dòng) 力，提出了暫態(tài)混純神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Transiently Chaotic Neural Network，簡(jiǎn)稱TCNN)，即利用 TCNN能量方程收斂過(guò)程給用戶分配子載波、比特和功率，在用戶子載波數(shù)、誤比特率和總功 率幾個(gè)約束條件下，雖然找到了全局最優(yōu)解但是收斂速度慢，優(yōu)化率不高。
[0007] 綜上所述，在現(xiàn)有無(wú)線資源分配技術(shù)中，存在一個(gè)常見(jiàn)的問(wèn)題，即由于動(dòng)態(tài)資源分 配本質(zhì)是非確定性多項(xiàng)式（NP)問(wèn)題，故而只存在次優(yōu)解，也不能充分利用多用戶分集增 益。一些基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（HNN)模型的啟發(fā)式分配算法雖然能有效的解決NP問(wèn)題，但是 該模型不容易收斂到全局最優(yōu)。而基于暫態(tài)混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（TCNN)模型的動(dòng)態(tài)資源分配算 法，雖然找到了全局最優(yōu)解，但是收斂速度慢，優(yōu)化率不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提出基于余量自適應(yīng)準(zhǔn)則的資源分配方法及裝置。
[0009] 本發(fā)明的基于余量自適應(yīng)準(zhǔn)則的資源分配方法，包括：
[0010] 101、根據(jù)用戶優(yōu)先級(jí)按比例分配子載波數(shù)給用戶；
[0011] 102、根據(jù)信道條件確定調(diào)制方式，根據(jù)所述調(diào)制方式確定用戶k在子載波η上的 每符號(hào)比特?cái)?shù)；
[0012] 103、根據(jù)分配給用戶的子載波數(shù)和調(diào)制方式所確定的比特?cái)?shù)，最小化系統(tǒng)總發(fā)射 功率，輸出最優(yōu)子載波分配矩陣；
[0013] 所述最小化系統(tǒng)總發(fā)射功率，輸出最優(yōu)子載波分配矩陣，包括：根據(jù)動(dòng)力矩陣計(jì)算 子載波分配矩陣，對(duì)子載波分配矩陣進(jìn)行離散化處理，根據(jù)離散化處理后的子載波分配矩 陣計(jì)算能量函數(shù)，如果達(dá)到退出條件，則退出迭代，否則更新動(dòng)力矩陣后重復(fù)以上過(guò)程。
[0014] 優(yōu)選地，所述根據(jù)信道條件確定調(diào)制方式包括：
[0015]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于余量自適應(yīng)準(zhǔn)則的資源分配方法，包括： 101、 根據(jù)用戶優(yōu)先級(jí)按比例分配子載波數(shù)給用戶； 102、 根據(jù)信道條件確定調(diào)制方式，根據(jù)所述調(diào)制方式確定用戶k在子載波n上的每符 號(hào)比特?cái)?shù)； 103、 根據(jù)分配給用戶的子載波數(shù)和調(diào)制方式所確定的比特?cái)?shù)，最小化系統(tǒng)總發(fā)射功 率，輸出最優(yōu)子載波分配矩陣； 其特征在于：所述最小化系統(tǒng)總發(fā)射功率，輸出最優(yōu)子載波分配矩陣，包括：根據(jù)動(dòng)力 矩陣計(jì)算子載波分配矩陣，對(duì)子載波分配矩陣進(jìn)行離散化處理，根據(jù)離散化處理后的子載 波分配矩陣計(jì)算能量函數(shù)，如果達(dá)到退出條件，則退出迭代，否則更新動(dòng)力矩陣后重復(fù)以上 過(guò)程。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于余量自適應(yīng)準(zhǔn)則的資源分配方法，其特征在于：所述根據(jù) 信道條件確定調(diào)制方式包括：
其中，SNR^子載波n的信噪比值，T S(s = 0, 1，2,……，s_l)為信噪比閾值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述基于余量自適應(yīng)準(zhǔn)則的資源分配方法，其特征在于：所述根據(jù) 所述調(diào)制方式確定用戶k在子載波n上的每符號(hào)比特?cái)?shù)為=「/〇g2M」，口表示向上取 整運(yùn)算。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于余量自適應(yīng)準(zhǔn)則的資源分配方法，其特征在于：所述根據(jù) 動(dòng)力矩陣計(jì)算子載波分配矩陣包括：
其中，\n(t)是子載波分配矩陣，u0是激勵(lì)函數(shù)的增益因子，Utn(t)是動(dòng)力矩陣，矩陣 中的元素初始值是[-1，1]之間的隨機(jī)數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于余量自適應(yīng)準(zhǔn)則的資源分配方法，其特征在于：所述對(duì)子 載波分配矩陣離散化處理包括：
其中，\n(t)是子載波分配矩陣，K是用戶數(shù)，N是子載波總數(shù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于余量自適應(yīng)準(zhǔn)則的資源分配方法，其特征在于：所述計(jì)算 能量函數(shù)包括：
其中，Ae，Be，(；，隊(duì)和F 6為懲罰參數(shù)，均為正的常數(shù)，V k，n(t)是子載波分配矩陣，K是用 戶數(shù)，N是子載波總數(shù)，\nVh，n表示子載波塊n是否同時(shí)分配給用戶k和h，S k表示用戶k 分得的子載波數(shù)，丨Hj2為信道增益，/(cu=He^H(2k-i),Pe為誤比特率，Q-1(.) 是Q(.)的反函數(shù)，= 隊(duì)為噪聲功率普密度，ctn為用戶k在子載波n上的每 符號(hào)比特?cái)?shù)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于余量自適應(yīng)準(zhǔn)則的資源分配方法，其特征在于：所述退出 條件包括：迭代次數(shù)已超過(guò)IN次，IN為最大迭代次數(shù)；或者，能量函數(shù)持續(xù)保持較小，即能 量函數(shù)連續(xù)2次以上小于能量閾值。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于余量自適應(yīng)準(zhǔn)則的資源分配方法，其特征在于：所述更新 動(dòng)力矩陣包括：
其中，Ae，Be，(；，隊(duì)和Fe為懲罰參數(shù)，均為正的常數(shù)，V k，n(t)和Vh，n(t)是子載波分配矩 陣，Uk，n(t)是動(dòng)力矩陣，K是用戶數(shù)，N是子載波總數(shù)，A是神經(jīng)膜的阻尼系數(shù)，a是輸入正 的比例參數(shù)，S k是用戶k分得的子載波數(shù)，zk，n(t) = (l-I^Zj^t-l)是神經(jīng)元k，n自反饋 連接權(quán)值，1〇是正的參數(shù)，0 :是自反饋模擬退火衰減因子，= 為引入的 噪聲動(dòng)力，噪聲模擬退火衰減因子，|Hk，n|2為信道增益， Pe為誤比特率，（TY.)是Q(.)的反函數(shù)，= 隊(duì)為噪聲功率普密度，（^"為用 戶k在子載波n上的每符號(hào)比特?cái)?shù)，t是迭代次數(shù)。
9. 基于余量自適應(yīng)準(zhǔn)則的資源分配裝置，包括 子載波分配模塊，用于根據(jù)用戶優(yōu)先級(jí)按比例分配子載波數(shù)給用戶 調(diào)制方式確定模塊，用于根據(jù)信道條件確定調(diào)制方式，根據(jù)所述調(diào)制方式確定用戶k 在子載波n上的每符號(hào)比特?cái)?shù)； 最小化系統(tǒng)總發(fā)射功率模塊，用于根據(jù)分配給用戶的子載波數(shù)和調(diào)制方式所確定的比 特?cái)?shù)，最小化系統(tǒng)總發(fā)射功率，輸出最優(yōu)子載波分配矩陣； 其特征在于：所述最小化系統(tǒng)總發(fā)射功率模塊包括： 動(dòng)力矩陣生成單元，用于生成動(dòng)力矩陣和更新動(dòng)力矩陣 子載波分配矩陣計(jì)算單元，根據(jù)動(dòng)力矩陣計(jì)算子載波分配矩陣； 矩陣離散化處理單元，用于對(duì)子載波分配矩陣進(jìn)行離散化處理； 能量函數(shù)計(jì)算單元，根據(jù)離散化處理后的子載波分配矩陣計(jì)算能量函數(shù)； 判斷單元，用于判斷如果達(dá)到退出條件，則退出迭代，輸出最優(yōu)子載波分配矩陣。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述基于余量自適應(yīng)準(zhǔn)則的資源分配裝置，其特征在于： 所述根據(jù)動(dòng)力矩陣計(jì)算子載波分配矩陣包括：
所述對(duì)子載波分配矩陣離散化處理包括：
所述計(jì)算能量函數(shù)包括： ^女=1n=\
所述退出條件包括：迭代次數(shù)已超過(guò)IN次，IN為最大迭代次數(shù)；或者，能量函數(shù)持續(xù)保 持較小，即能量函數(shù)連續(xù)2次以上小于能量閾值； 所述更新動(dòng)力矩陣包括：
以上各式中乂^乂義和^為懲罰參數(shù)^為正的常數(shù)^^⑴和乂^⑴是子載波 分配矩陣，VtnVh，n表示子載波塊n是否同時(shí)分配給用戶k和h ;Utn(t)是動(dòng)力矩陣，矩陣中 的元素初始值是[-1，1]之間的隨機(jī)數(shù)，u0是激勵(lì)函數(shù)的增益因子，K是用戶數(shù)，N是子載 波總數(shù)，A是神經(jīng)膜的阻尼系數(shù)，a是輸入正的比例參數(shù)，S k是用戶k分得的子載波數(shù)， zk，n⑴=(卜0i)zk， n(t_l)是神經(jīng)元k，n自反饋連接權(quán)值，I。是正的參數(shù)，|3 1是自反饋 模擬退火衰減因子，/^,"(〇 = (1-爲(wèi))/?⑴為引入的噪聲動(dòng)力，噪聲模擬退火衰減因子， - -1*7 |Hk,n|2為信道增益，= f 2-'(f) Pe為誤比特率，Q、.）是Q(.)的反函數(shù)， = ^ ^ ' N。為噪聲功率普密度，C u為用戶k在子載波n上的每符號(hào)比特?cái)?shù)，t是迭 代次數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及基于余量自適應(yīng)準(zhǔn)則的資源分配方法及裝置，所述方法包括根據(jù)用戶優(yōu)先級(jí)按比例分配子載波數(shù)給用戶；根據(jù)信道條件確定調(diào)制方式；根據(jù)動(dòng)力矩陣計(jì)算子載波分配矩陣，對(duì)子載波分配矩陣進(jìn)行離散化處理，根據(jù)離散化處理后的子載波分配矩陣計(jì)算能量函數(shù)，如果達(dá)到退出條件，則退出迭代，否則更新動(dòng)力矩陣后重復(fù)以上過(guò)程；本發(fā)明基于余量自適應(yīng)準(zhǔn)則，根據(jù)分配給用戶的子載波數(shù)和所述調(diào)制方式所確定的比特?cái)?shù)，最小化系統(tǒng)總發(fā)射功率，輸出最優(yōu)子載波分配矩陣。
【IPC分類】H04W72-04, H04L27-26
【公開號(hào)】CN104618291
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410849684
【發(fā)明人】張海波, 彭焦陽(yáng), 陳善學(xué), 劉開健, 穆立雄, 劉盈娜
【申請(qǐng)人】重慶郵電大學(xué)
【公開日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2014年12月31日