一种异构无线网络的用户公平资源分配方法

摘要

本发明公开了一种异构无线网络通信系统的用户公平资源分配方法，特征是将上行的功率分配和带宽分配进行联合优化，为每个用户到每个无线接入点进行自适应的功率分配和带宽分配，通过引入功率、带宽调整因子，经过若干次迭代，保证总资源收敛，以优化系统的吞吐量。在优化资源分配时以保证用户间公平性为目标，且以用户的平均速率作为其中一个考察变量。本发明方法在优化系统吞吐量的同时，能够保证用户间具有近似严格的公平性。

主权项

一种异构无线网络的用户公平资源分配方法，设在总用户数为M、有N种无线接入技术共存的异构网络系统中，每种无线接入技术在系统中仅有一个接入点；其特征在于各用户、各无线接入点分别根据输入参数和信道参数执行如下操作：在各用户端依次执行以下具体操作步骤：第一步：以表示在时隙t计算得到的用户m的平均速率，m＝1,...,M，初始化在时隙t＝0时用户m的平均速率为非负值；第二步：以μ_m(i)表示用户m在迭代轮次i的功率调整因子，初始化用户m在迭代轮次i＝0的功率调整因子μ_m(0)为非负数，初始化在迭代轮次i＝0时用户m到无线接入点n，n＝1,...,N，的发送功率p_mn(0)以及无线接入点n分配给用户m的带宽资源x_mn(0)为非负数；用户根据接入点反馈的信道状态信息、广播信息更新已存储的信息：对于所有的用户m＝1,...,M和无线接入点n＝1,...,N，更新用户m到无线接入点n由小尺度衰落产生的信道增益h_mn，更新用户m到无线接入点n之间的路径损耗l_mn，更新各无线接入点广播的带宽调整因子λ_n(i)；第三步：根据当前各用户的平均速率R_m(t)、各用户功率调整因子μ_m(i)、各无线接入点广播的带宽调整因子λ_n(i)和用户m到无线接入点n由小尺度衰落产生的信道增益h_mn，用户m到无线接入点n之间的路径损耗l_mn，分别根据带宽分配计算公式$\begin{array}{c}{x}_{\mathrm{mn}}(i+1)={[x_{\mathrm{mn}}\left(i\right)-{\alpha }_0\left(i\right)(\frac{1}{{\bar{R}}_m\left(t\right)}(1-{\eta }_{\mathrm{mn}}){\beta }_n({\log }_2(1+\frac{g_{\mathrm{mn}}{p}_{\mathrm{mn}}}{x_{\mathrm{mn}}\left(i\right)})-\frac{g_{\mathrm{mn}}{p}_{\mathrm{mn}}}{(x_{\mathrm{mn}}\left(i\right)+g_{\mathrm{mn}}{p}_{\mathrm{mn}}\left(i\right))·\ln 2})-{\lambda }_n\left(i\right))]}^{+},\\ m=1,...,M;n=,...,N\end{array}$计算各无线接入点到各用户的带宽分配结果，以及根据功率分配计算公式$p_{\mathrm{mn}}=x_{\mathrm{mn}}·{[\frac{(1-{\eta }_{\mathrm{mn}}){\beta }_n}{\ln 2·{\bar{R}}_m\left(t\right){\mu }_m}-\frac{1}{g_{\mathrm{mn}}}]}^{+},$计算各用户到各无线接入点的功率分配结果；上述带宽分配计算公式和功率分配计算公式中，η_mn,0≤η_mn≤1_，为用户m到无线接入点n平均误比特率，β_n,0≤β_n≤1_，为无线接入点n的系统效率，从用户m到无线接入点n的信道增益$g_{\mathrm{mn}}=\frac{l_{\mathrm{mn}}{\left|h_{\mathrm{mn}}\right|}^2}{N_0},$式中N₀为系统中的单边带噪声功率谱密度；由带宽分配计算公式得出带宽分配结果：无线接入点n分配给用户m用于上行传输的带宽资源，再由功率分配计算公式得出功率分配结果：用户m用于到无线接入点n的上行传输的发射功率运算符[z]⁺＝max{z,0}，即表示取数值z和0中的较大值；根据无线接入点n分配给用户m用于上行传输的带宽分配计算公式求得带宽分配x_mn的值和用户m用于到无线接入点n的上行传输的功率分配计算公式求得发射功率p_mn的值，根据用户到接入点速率计算公式$r_{\mathrm{mn}}=(1-{\eta }_{\mathrm{mn}}){\beta }_n{x}_{\mathrm{mn}}{\log }_2(1+\frac{g_{\mathrm{mn}}{p}_{\mathrm{mn}}}{x_{\mathrm{mn}}})$计算用户m到无线接入点n的上行传输速率；第四步：更新迭代轮次i＝i+1，并采用下面的用户功率调整因子更新公式${\mu }_m(i+1)={[{\mu }_m\left(i\right)-{\alpha }_1\left(i\right)(P_m-\underset{n=1}{\overset{N}{\Sigma }}{p}_{\mathrm{mn}})]}^{+},m=1,...,M$更新用户功率调整因子，其中P_m表示用户m的最大功率约束,α₁(i)为迭代步长；第五步：根据第三步中的带宽分配计算公式和功率分配计算公式的计算结果，判断用户到各无线接入点的发射功率和接入点分配给各用户的带宽是否收敛：如果不收敛，则返回第三步，如果收敛，进入第六步；第六步：对于用户m＝1,...,M，根据前面第三步到第五步迭代计算得到的功率和带宽分配结果，按用户瞬时速率计算公式$R_m\left(t\right)=\underset{n=1}{\overset{N}{\Sigma }}{r}_{\mathrm{mn}},m=1,...,M$计算当前瞬时速率R_m(t)，并按平均速率计算公式${\bar{R}}_m(t+1)=(1-\frac{1}{T}){\bar{R}}_m\left(t\right)+\frac{1}{T}{R}_m\left(t\right)$更新平均速率式中T为滑动窗口长度；第七步：更新时隙t＝t+1，返回第二步计算下一时隙的资源分配方案；在各无线接入点依次执行以下具体操作步骤：先进行与用户同步初始化迭代轮次为i＝0，且初始化无线接入点n在迭代轮次i＝0的带宽调整因子λ_n(0)为非负数；再与用户同步更新迭代轮次i＝i+1，并采用下面接入点带宽调整因子更新公式${\lambda }_n(i+1)={[{\lambda }_n\left(i\right)-{\alpha }_2\left(i\right)(X_n-\underset{n=1}{\overset{N}{\Sigma }}{x}_{\mathrm{mn}})]}^{+},n=1,...,N$更新无线接入带宽调整因子，其中X_n表示无线接入点n接入点的最大带宽约束，α₂(i)为迭代步长；然后各无线接入点将带宽调整因子广播给用户。