一種多無(wú)線電系統(tǒng)中基于公平性和精細(xì)化帶寬分配的資源分配方法
【專利摘要】本發(fā)明針對(duì)基于OFDMA（Orthogonal?Frequency?Division?Multiple?Access）的多載波系統(tǒng)中用戶比例公平性和系統(tǒng)效率問題進(jìn)行了研究，提出了一種聯(lián)合資源分配方法，不僅保證了用戶比例公平性下系統(tǒng)的吞吐量，還充分考慮了分配的帶寬是子信道帶寬整倍數(shù)的特點(diǎn)，對(duì)分配給每個(gè)終端的帶寬進(jìn)行子信道整數(shù)倍調(diào)整。最后通過仿真對(duì)比，從吞吐量和公平性兩方面說明了本發(fā)明的優(yōu)越性。
【專利說明】一種多無(wú)線電系統(tǒng)中基于公平性和精細(xì)化帶寬分配的資源分配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明主要涉及基于OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)的無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的聯(lián)合資源分配問題，涉及到用戶比例公平性和系統(tǒng)效率的平衡問題，特別涉及一種基于公平性和精細(xì)化帶寬分配的資源分配方法。
【背景技術(shù)】:
[0002]隨著無(wú)線通信的飛速發(fā)展，出現(xiàn)了多種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)以及多模終端，為了容納更多的用戶，提供更高質(zhì)量的服務(wù)，下一代無(wú)線通信將是一種融合了多種無(wú)線接入技術(shù)(RadioAcess Technologies, RAT,如 Wimax、LTE, WCDMA, TD-SCDMA, WLAN 等)的異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合的關(guān)鍵在于將不同接入網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線資源進(jìn)行聯(lián)合管理，實(shí)現(xiàn)頻譜資源在各無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)之間的共享，從而提高頻譜資源利用率，提高系統(tǒng)吞吐量。在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中有多種多址接入技術(shù)，其中OFDMA技術(shù)廣泛應(yīng)用于各種主流無(wú)線網(wǎng)絡(luò)(LTE、Wimax等)中，由于底層資源都是基于OFDMA的時(shí)頻塊，所以使用OFDMA方式的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)更容易進(jìn)行資源聯(lián)合管理[1][2] (Bashar, S.;Zhi Ding, "Admission control and resource allocationin a heterogeneous OFDMA wireless network,"Wireless Communications,IEEETransactions on,vol.8，n0.8，pp.4200，4210，August2009) (Xing Zhang;Lei Fu;XinWu;Wenbo Wang, ^On the Study of Radio Resource Allocation of HeterogeneousServices with Soft QoS Traffics in OFDMA-based Wireless Networks, "Computer andInformation Technology (CIT)，2010IEEE10th International Conference on,vol., n0.,pp.2556，2561，June292010-Julyl2010)。
[0003]目前對(duì)于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)資源分配有著廣泛的研究，文獻(xiàn)[3] (Yonghoon Choi ;HoonKim;Sang-wook Han;Youngnam Hanj “Joint Resource Allocation for ParallelMult1-Radio Access in Heterogeneous Wireless Networks, ”WirelessCommunications, IEEE Transacti`ons on,vol.9，n0.11，pp.3324，3329，November2010)在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中提出了一種基于最大化上行吞吐量的聯(lián)合資源分配方法；文獻(xiàn)M (R.ShyamSundarj S.Nanda Kumar.“Performance improvement of heterogeneous wirelessnetworks using modified newton method，，，[J].International Journal of SoftwareEngineering&Applications (IJSEA).May2012, 3 (3): 79-90.)在文獻(xiàn)[3]的基礎(chǔ)上進(jìn)行了深入研究，改進(jìn)了求解中使用的牛頓迭代法，這些研究的總體最優(yōu)化目標(biāo)都是最大化系統(tǒng)吞吐量，信道質(zhì)量較好的用戶能夠得到較大的網(wǎng)絡(luò)帶寬，這對(duì)于信道質(zhì)量差的用戶很不公平；文獻(xiàn)[5] (Shaat，M.;Bader, F., ^Efficient resource allocation algorithm foruplink in multicarrier-based cognitive radio networks with fairness consideration，"Communications，IETj vol.5，n0.16，pp.2328，2338，November4201 Ido1: 10.1049/iet-com.2010.1062)提出了一種考慮了公平性的兩步走資源分配方法，首先根據(jù)信道質(zhì)量為每一個(gè)用戶分配子載波，然后再進(jìn)行發(fā)射功率的分配，這種非聯(lián)合資源分配方法必定會(huì)損失部分系統(tǒng)吞吐量；總體來(lái)說，以上涉及到OFDMA異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的文獻(xiàn)中都沒有很好地解決公平性和系統(tǒng)效率之間的關(guān)系，同時(shí)假設(shè)了帶寬是連續(xù)性變量且分配時(shí)沒有考慮帶寬是子信道整數(shù)倍的特點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004]發(fā)明目的是提出一種比例公平性方法，即使得系統(tǒng)總速率在不同的用戶間在某種意義上是公平的，同時(shí)使得系統(tǒng)總速率在一定意義上最大。本發(fā)明解決的問題主要有兩個(gè):一是考慮了多系統(tǒng)用戶聯(lián)合資源分配公平性和系統(tǒng)效率平衡的問題，提出了一種新的系統(tǒng)吞吐量損失較小的公平資源分配優(yōu)化模型，最大限度優(yōu)化了公平效率問題；二是考慮了在以O(shè)FDMA為多址接入方式的系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)端分配給用戶的帶寬是子信道帶寬整倍數(shù)的特點(diǎn)，收集取整后的剩余帶寬進(jìn)行了重新分配，充分利用了帶寬資源，提高了系統(tǒng)吞吐量。
[0005]本發(fā)明將用戶端功率和網(wǎng)絡(luò)端帶寬建模為聯(lián)合最優(yōu)化模型，通過梯度法求得近似最優(yōu)解，然后對(duì)分配給每個(gè)終端的帶寬進(jìn)行子信道整數(shù)倍調(diào)整；最后通過仿真對(duì)比，從吞吐量和公平性兩方面說明了此方法的優(yōu)越性。
[0006]步驟一、將用戶端功率和網(wǎng)絡(luò)端帶寬建模為基于公平性的聯(lián)合最優(yōu)化模型:
[0007]本發(fā)明所研究的問題基于說明書附圖1所示的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模型。采用分流控制方法，用戶的業(yè)務(wù)將能夠同時(shí)由多個(gè)網(wǎng)絡(luò)承載，也就是將業(yè)務(wù)分為若干個(gè)子業(yè)務(wù)流分配給不同的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，最終在用戶終端重聚，這種方式能夠平衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，大幅提高業(yè)務(wù)吞吐量Μ (趙遠(yuǎn)林.無(wú)線泛在網(wǎng)絡(luò)下虛擬終端系統(tǒng)若干關(guān)鍵技術(shù)研究[D].南京郵電大學(xué)，2013.)。
[0008]數(shù)據(jù)傳輸過程中，每一種NT都會(huì)為各個(gè)UE分配不同的帶寬資源和發(fā)射功率，假設(shè)信道衰落是慢變的，即信道在一個(gè)資源分配周期內(nèi)保持固定，再假設(shè)網(wǎng)絡(luò)t分配給用戶s的子信道帶寬是連續(xù)的，則異構(gòu)系統(tǒng)中UEs (s=l，2，3...S)的吞吐量可表示為[3]:
【權(quán)利要求】
1.一種OFDMA多系統(tǒng)中基于公平性和精細(xì)化帶寬分配的聯(lián)合資源分配方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 步驟1、將用戶端功率和網(wǎng)絡(luò)端帶寬建模為基于公平性的聯(lián)合最優(yōu)化模型: 數(shù)據(jù)傳輸過程中，每一種NT都會(huì)為各個(gè)UE分配不同的帶寬資源和發(fā)射功率，假設(shè)信道衰落是慢變的，即信道在一個(gè)資源分配周期內(nèi)保持固定，再假設(shè)網(wǎng)絡(luò)t分配給用戶s的子信道帶寬是連續(xù)的，則異構(gòu)系統(tǒng)中UEs (s=l，2，3...S)的吞吐量可表示為[3]:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種OFDMA多系統(tǒng)中基于公平性和精細(xì)化帶寬分配的聯(lián)合資源分配方法，其特征在于:所述方法的步驟I中，定義了異構(gòu)分流系統(tǒng)資源分配的比例公平性 定義:比例公平性: 多無(wú)線電系統(tǒng)中，用戶的數(shù)據(jù)傳輸速率分配Puif' Rf...噦>)是比例公平的，當(dāng)且僅當(dāng)對(duì)于任何其它可行的資源分配方法Rf...Rf >)來(lái)說,下式成立:

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的異構(gòu)分流系統(tǒng)資源分配的比例公平性，其特征在于:所述資源分配方法能夠保證公平性和系統(tǒng)效率平衡； 將式(12)進(jìn)行變形可得:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種OFDMA多系統(tǒng)中基于公平性和精細(xì)化帶寬分配的聯(lián)合資源分配方法，其特征在于:所述方法的步驟3中，根據(jù)近似最優(yōu)解，對(duì)所有求得的帶寬Xst取向下的最大子信道帶寬整數(shù)倍
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種OFDMA多系統(tǒng)中基于公平性和精細(xì)化帶寬分配的聯(lián)合資源分配方法，其特征在于:所述方法的步驟4中為了衡量用戶比例公平性，引入Jain公平性因子(Fairness index, FI)[11]來(lái)表示方法的公平性，F(xiàn)I定義為:
【文檔編號(hào)】H04W72/04GK103888234SQ201410079975
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年3月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月5日
【發(fā)明者】潘甦, 曹跑跑, 張磊 申請(qǐng)人:南京郵電大學(xué)