专利名称：异构无线网络并行多接入系统中联合资源分配快速算法的制作方法
技术领域：
本发明属于无线通信网络技术领域，主要涉及异构无线网络并行多接入系统中实现网络联合资源管理的方法，具体是异构无线网络并行多接入系统中带宽和功率资源分配算法的实现方法。
背景技术：
下一代无线通信网络的显著特点是多种无线接入技术(multiple radio access technologies, M-RATs)并存；一个终端(用户)可以同时接入多个无线网络，即多无线接入系统(Multi-radio access system，MRAs)。其中多无线网络为异构网络包括
(wireless local area network, WLAN) > ffl ffi # sj] ffl ff ^ ^ (universal mobile telecommunications system, UMTS)、无线城域网(world interoperability for microwave access, WiMax)和 3GPP 长期演进项目(3GPP Long Term Evolution, LTE)等。 此外，近年软件无线电的发展不仅为终端同时接入多个无线网络提供了便利，同时也为在终端实现网络优化或无线网络资源管理提供了可能。多无线接入主要分为两种情况终端动态选择一个最佳的接入网络(多接入选择)和终端同时接入多个网络(并行多接入)。并行多接入可以比多接入选择获得更大的系统容量，因为并行多接入在终端同时接入多个网络时进行资源联合分配，而多接入选择仅包含网络选择的过程。但由于并行多接入联合资源的分配和调度是复杂的多维优化问题，相对于多接入选择，其算法的复杂度很高，不易实现。现有的工作从理论的角度，找到异构无线网络并行多接入系统中联合资源分配的最优解，即获得最大的系统容量，但带宽和功率联合分配过程需要多次迭代，所以计算复杂度很高。多无线接入系统模型如
图1所示，每个多模终端(multi-mode terminal, MMT)可以并行接入多个无线网络，由于多用户和多网络的分集增益，对每个终端优化分配不同的带宽和功率可以使MRAs总的吞吐量最大，即联合资源优化分配问题首先有人已经证明了本发明的系统模型的目标函数是一个凹(下凸)函数，存在最佳解，且其局部最佳解就是全局最佳解；接着通过KKT条件求出带宽和功率分配的关系；最后利用牛顿法逐次迭代，在每次迭代过程中求带宽分配和相应的功率分配，直至最终收敛得到最佳解。现有的文章仅从理论上提供一个可达的速率上界，还有许多实现的问题需要解决，尤其是该算法的复杂度很高，因为在带宽和功率的联合分配过程中，功率的求解对牛顿法影响很大，虽然牛顿法收敛速度最快，但仍然需要很多次迭代，增加了计算量和复杂度。曾有人提出在单网络OFDM 系统中将子载波和功率分开进行分配，也仅仅考虑了在高信噪比条件下的近似优化，亦没有对运算复杂度进行分析，更无涉及异构无线网络并行多接入系统场景，而在异构无线网络并行多接入系统中带宽和功率的分配相互影响，不能完全分开，同时异构无线网络并行多接入情况下联合资源分配是多维优化问题，因此将会导致计算量更大、运算复杂度更高
发明内容
本发明的目的是提供一种异构无线网络并行多接入系统中联合资源分配快速算法，该算法通过将带宽和功率分配分开进行，明显降低计算的复杂度。在异构无线网络并行多接入系统中通过联合资源快速分配计算最优解充分逼近理论最佳解。本发明是一种异构无线网络并行多接入系统中联合资源分配快速算法，其特征在于发明目的是通过如下步骤实现的步骤1)构建一个异构无线网络并行多接入系统，这个系统由多用户终端、多个异构无线网络组成，每个用户终端具有能够同时接入多个异构无线网络的能力；步骤2)带宽分配准备，初始值设定，即功率的初始设定，乂 =P1IM1，其中Pi/1为用户i在虬个接入网之间进行等功率分配的初始功率，Pi为用户i的可分配功率，Mi为用户 i的实际接入网个数，i = l,..., Nj, Nj为接入网j的实际用户个数，j = 1，. . .，Mi ；该过程考虑了每个用户可分配的功率受限；步骤3)根据用户i分给接入网的功率，每个接入网j对接入的Nj个用户利用牛顿法进行带宽分配得到用户i在该接入网j的带宽分配最优解Xi/ ；该过程考虑了每个接入网可分配的带宽受限；步骤4)功率分配，利用带宽分配最优解Xi/,采用频域注水法得到用户i给接入网 j分配的功率Pij，若所有Pij ^ 0，即得到功率的最优分配，直接执行步骤5)；若发现用户i 在接入网j分配的功率Pij < 0，则令此时的Pij = 0，并令相应的Xij = 0，终止此用户对该接入网的功率分配和该接入网对此用户的带宽分配，即释放该接入网分配给此用户的带宽资源方便其它用户使用，并将此用户的可用功率在其它接入网之间等功率分配，保存其他用户在所有可用接入网的功率分配，返回执行步骤3)；步骤5)算法结束，用户根据得到带宽分配结果Xi/和功率分配结果Pu在异构无线网络中以最优的带宽和功率并行传输数据。经过在本领域不断的探索和研究，本发明提出一种新的低复杂度的带宽和功率联合分配快速算法技术方案。本发明将带宽和功率分配分开先后进行，先设定在等功率情况下进行带宽分配，在带宽分配时充分利用牛顿法收敛速度快的优点求解带宽分配最优解； 用带宽分配结果来进行功率分配，当发现功率分配结果为负值时，重新对带宽进行分配，从而实现资源的联合快速高效分配。在异构无线网络并行多接入系统中联合资源分配是涉及多网络融合，进一步提高网络资源利用率的关键环节，网络资源利用率的提高不仅可以提供更多更好的服务，而且可以获得更大的网络收益。同时联合资源分配的算法应该具有实用性，即实现起来复杂度低。本发明采用了将带宽和功率资源有条件的分开分配和逼近理论最佳解的技术方案，既使得资源得到充分的利用，又明显地降低了运算的复杂度。本发明的实现还在于步骤3)中设定用户在接入网之间等功率分配情况下，各接入网对接入的用户进行最优带宽分配的求解包括以下步骤2. 1利用牛顿法求解带宽分配xu，其迭代公式为
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权利要求
1.一种异构无线网络并行多接入系统中联合资源分配快速算法，其特征在于包括如下步骤1)构建一个异构无线网络并行多接入系统；2)带宽分配准备，初始值设定，Λ丨=WM,，其中，Pi/为用户1在礼个接入网之间进行等功率分配的初始功率，Pi为用户i的可分配功率，Mi为用户i的实际接入网个数，i = 1，…，N」，Nj为接入网j的实际用户个数，j = 1，-,Mi ；3)根据用户i分给接入网的功率，每个接入网j对接入的Nj个用户利用牛顿法进行带宽分配得到Nj中第i个用户在该接入网j的带宽分配最优解Xi/ ；4)功率分配，利用带宽分配最优解Xi/，采用注水法得到用户i给接入网j分配的功率 PU，若所有Pij彡0，直接执行步骤5)；若发现用户i在接入网j分配的功率Pij < 0，则令此时的Pij = 0，并令相应的Xij = 0，终止此用户对该接入网的功率分配和该接入网对此用户的带宽分配，将此用户的可分配功率在除j以外的其它接入网之间等功率分配，并保存其他用户在所有实际接入网的功率分配，返回执行步骤3)；5)算法结束，用户根据得到带宽分配结果Xi/和功率分配结果Pu传输数据。
2.根据权利要求1所述的异构无线网络并行多接入系统中联合资源分配快速算法，其特征在于所述步骤幻中等功率情况下最优带宽分配的求解包括以下步骤2. 1利用牛顿法求解带宽xu，其迭代公式为
3.根据权利要求1所述的异构无线网络并行多接入系统中联合资源分配快速算法，其特征在于所述步骤4)中采用注水法分配功率，包括如下步骤-3. 1用带宽分配所得结果Xi/计算
4.根据权利要求1所述的异构无线网络并行多接入系统中联合资源分配快速算法，其特征在于步骤4)包含了网络选择，在功率分配结果为负值的情况下，对于用户i不选择网络j，并且释放所得的带宽资源重新分配给其他用户使用。
全文摘要
本发明公开了一种异构无线网络并行多接入系统中联合资源分配的快速算法，在异构无线网络并行多接入系统中进行联合资源分配时，将带宽和功率分配分开先后进行资源分配，先设定在等功率分配情况下进行带宽分配，其中在带宽分配过程中充分利用牛顿法收敛速度快的优点降低运算复杂度、提高运算速度，再进行功率分配，若功率分配结果为负值时，对带宽和功率进行重新分配，从而使带宽和功率资源在得到更充分利用的同时提高了运算效率和速度，利用本发明在异构无线网络并行多接入系统中进行联合资源分配，实现了所得资源分配最优解充分逼近理论最佳解的目的。本发明可用于实际异构无线网络并行多接入系统中联合资源快速分配的实现。
文档编号H04W72/04GK102196579SQ20111016832
公开日2011年9月21日 申请日期2011年6月21日 优先权日2011年6月21日
发明者刘伟, 刘勤, 张文柱, 李建东, 李钊, 林勤明, 赵林靖, 郑杰, 黄鹏宇 申请人:西安电子科技大学