一种资源分配方法和设备的制作方法
【专利摘要】本申请公开了一种资源分配方法，可应用于基于认知的TD-LTE无线通信系统或类似无线通信系统，具体包括：确定请求接入系统的用户，先根据能量均分原则为接入用户分配初始成员载波；然后依据能量效率最大化原则和用户的初始成员载波分配实施用户最优能量资源分配；最后根据接入用户的QoS请求以及该用户的实际分配情况进行成员载波的再调整直至满足接入用户速率请求。本发明方法以系统的能量效率最大化为目标，综合考虑了系统吞吐量、用户QoS和公平性等因素，可有效减小载波聚合次数，从而减少硬件负担并节约了能量。
【专利说明】一种资源分配方法和设备
【技术领域】
[0001]本发明属于无线通信【技术领域】，特别涉及一种资源分配方法和设备。
【背景技术】
[0002]在无线通信系统中，系统吞吐量、频谱效率和能量效率是衡量系统性能的关键因素。为充分利用有限的频率资源，增加系统吞吐量和频谱的使用效率，认知无线电(Cognitive Rad1, CR)这一新兴话题,近几年倍受关注。另外，自从美国和英国宣布对认知无线电网络开放原属于电视广播业务的空白UHF频段(即电视白频段，TV White Space,TVffS)以来，各国对这TVWS这部分可用于宽带服务的优质频段也展开了大量研究。
[0003]另一方面，随着温室效应等环境问题的接踵出现，绿色通信的呼声逐渐响起，也成为运营商在各种场合不得不提的关键词。除采用高效功放和对基站进行节能改造外，在无线资源分配过程中的能耗问题也值得考虑。如何在保证通信质量的同时，最大程度地减少所需能耗，就涉及到通信系统MAC层资源分配策略问题。
[0004]而现有的研究往往单纯关注于使系统吞吐量最大化，而这很可能与绿色通信理念相背。
【发明内容】
[0005]本申请提供了一种资源分配方法，用于以能量效率最大化为目标，且综合考虑了吞吐量、用户QoS(Quality of Service,服务质量)和公平性等因素,避免过多的载波聚合次数，从而减少硬件负担并节约能量。
[0006]本申请公开了一种资源分配方法，包括:
[0007]确定请求接入系统的用户和所述用户的QoS需求；其中，所述系统场景可以是基于认知的TD-LTE通信系统；
[0008]根据能量平均分配假设为所述用户分配初始成员载波；
[0009]依据能量效率最大化原则和所述用户的成员载波分配情况为所述用户各成员载波分配功率资源；
[0010]判断为所述用户分配的成员载波和所述功率资源能否满足所述用户的QoS需求，若不满足，则依据所述用户的QoS需求对所述成员载波和所述功率资源的分配情况进行再调整。
[0011]本申请还公开了一种资源分配设备，包括:
[0012]确定模块，确定请求接入系统用户和所述用户的QoS需求；其中，所述系统场景可以是基于认知的TD-LTE通信系统；
[0013]第一分配模块，根据能量平均分配假设为所述用户分配初始成员载波；
[0014]第二分配模块，用于依据能量效率最大化原则和所述用户的成员载波分配情况为所述用户各成员载波分配功率资源；
[0015]判断模块，用于判断为所述用户分配的成员载波和所述功率资源能否满足所述用户的QoS需求；
[0016]调整模块，用于当判断为所述用户分配的成员载波和所述功率资源不能满足所述用户的QoS需求时，依据所述用户的QoS需求对所述成员载波和所述成员载波功率资源的分配情况进行再调整。
[0017]与现有技术相比，本申请实施例提供了一种资源分配方法，首先确定请求接入系统的用户和其QoS需求；然后根据能量平均分配的假设为所述用户分配初始成员载波；接着依据最大化能量效率原则和所述用户的成员载波分配情况为各成员载波分配功率资源；最后依据所述用户的需要以及其成员载波和功率分配情况对所述成员载波和功率资源进行再调整。以此，系统的资源分配中以能量效率最大化为目标，且综合考虑了系统吞吐量、用户QoS和公平性等因素，避免过多的载波聚合次数，从而减少硬件负担并节约能量。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本申请实施例中的一种资源分配方法的流程结构示意图；
[0019]图2为本申请实施例中的一种成员载波分配方法的流程结构示意图；
[0020]图3为本申请实施例中的一种资源分配设备的结构示意图；
[0021]图4为本申请实施例中的一种资源分配设备的结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]本申请的目的是提供相关无线通信系统的一种资源分配方法，以系统的能量效率最大化为目标，且综合考虑了吞吐量、用户QoS和公平性等因素，在保证吞吐量的同时，避免过多的载波聚合次数，从而减少硬件负担并节约能量。
[0023]为达到以上技术目的，如图1所示，本申请提出了一种资源分配方法，包括以下步骤:
[0024]步骤101，基于系统场景确定请求接入系统的用户和所述用户的QoS需求；其中，所述场景可以是基于认知的TD-LTE无线通信系统。
[0025]具体的，该场景是可以基于认知的TD-LTE通信系统动态复用电视白频段来假设的，当然本申请中的场景还可以是基于无线通信领域中需要进行资源分配的其他任何相关场景。
[0026]所述请求接入的用户具体可以为请求接入的移动通信用户；
[0027]基于电视白频段假设的场景下的认知无线电模式，该请求接入的用户和电视广播用户采用伺机接入模式来进行接入，通过该接入模式来进行接入可以忽略对电视广播用户的干扰。
[0028]步骤102，根据能量平均分配假设为所述用户分配初始成员载波；
[0029]具体的，在所述系统中，一个载波是指具有一段带宽的频段，以其带宽内的某个频率作为标示(通常是该带宽的中心频率)，一个载波资源通常被分成若干资源块，本申请中资源块是资源分配的最小单位；其中系统是通过感知得到的空闲频谱资源形成频谱池(位置)，该频谱池中有多个不同载波，每个载波对应若干资源块，也即每个资源块实际上就是一个比载波小的频段。
[0030]分配成员载波的过程具体为:假设为每个用户进行功率平均分配，并不是真的为每个用户平均分配功率资源，基于该假设得到为每个用户平均分配的功率数值，并基于该功率数值为每个用户分配初始成员载波。
[0031]其中，成员载波是载波分配归属某个用户的载波名称，某个用户的成员载波包含:优先分配属于某个用户的成员载波以及辅助成员载波；其中，辅助成员载波是指除用户优先分配成员载波之外的成员载波，辅助成员载波是相对的某个用户而言的，即某个用户的辅助成员载波可以是其他用户的优先分配成员载波。
[0032]也即具体的成员载波包括:优先分配成员载波，辅助成员载波；
[0033]进一步的，分配成员载波的过程具体为:为每个请求接入的用户选择优先分配成员载波；并在优先分配成员载波的资源无法满足用户需求的情况下，为用户分配辅助成员载波。
[0034]其中，所述优先分配成员载波为根据最大化最小值原则对用户对应的每个成员载波进行选择得到的成员载波。所述用户会优先在该优先分配成员载波上传送数据，从而避免过多的载波聚合过程。其中，其选择过程具体为:
[0035]资源分配时，由于每个用户位置不同，其对每个资源块的情况各不相同，因此对每个用户而言，需要先确定所述用户对应的每个成员载波中的最差资源块组成集合，然后从最差资源块组成集合中选出最优的资源块，确定选出的最优的资源块中对应的成员载波为所述优先分配成员载波；通过这种方式选出来的资源块对应的成员载波；而每个成员载波包括很多资源块，这样通过最大化最小值原则，来选择优先分配成员载波，以保证该成员载波的综合状况对于所述用户来说不会太差。
[0036]辅助成员载波具体为:对应用户的所有成员载波中除所述优先分配成员载波以外的，负荷最小，且尚未被用户占用的成员载波；其中，在所述优先成员载波的资源无法满足用户需求的情况下，为所述用户分配辅助成员载波具体为:在所述优先分配成员载波的资源无法满足用户需求的情况下，基于负载均衡原则为所述用户分配辅助成员载波，直到满足该用户需求或没有可用成员载波。
[0037]具体的，如图2所示，本申请实施例中成员载波分配的具体过程为:首先确定挑选每个载波下的最差资源块的集合，然后从最差资源块组成集合中选出最优的资源块，确定选出的最优的资源块中对应的成员载波为所述优先分配成员载波；然后根据功率在用户选定载波的资源块上平均分配的原则，计算采用该载波和平均功率分配是否能达到用户的通信速率请求，如果能且这些资源块所在的载波总数不超过用户的载波聚合能力，则分配给该用户的频率资源就确定；如果不满足，则该用户需要再一次从其他载波中(辅助载波)基于负载均衡的原则挑选资源块，直至满足用户的通信速率请求。
[0038]这样，通过优先分配成员载波和辅助成员载波的分配可以在保证吞吐量的同时，避免过多的载波聚合次数，从而减少硬件负担并节约能量。
[0039]步骤103，依据步骤102的成员载波分配情况和能量效率最大化原则为所述用户各成员载波分配功率资源；
[0040]其中，依据能量效率最大化原则和所述成员载波的分配情况为所述用户实际分配功率资源，具体为:
[0041]基于所述成员载波的分配情况，以能量效率最大化为优化目标，并通过分式优化方法将所述优化目标转换为线性函数，并通过拉格朗日乘子法和次梯度迭代法对该线性函数进行求解，确定调整方案，并基于所述调整方案为所述用户的各成员载波实施功率资源分配。
[0042]步骤104，判断为所述用户分配的成员载波和所述功率资源能否满足所述用户的QoS需求，
[0043]具体的，依据所述用户的QoS需求以及所述成员载波和所述成员载波上的功率资源分配情况计算所述用户的实际QoS需求。
[0044]步骤105，当判断为所述用户实际分配的成员载波和所述功率资源不能满足所述用户的QoS需求时，则依据所述用户的QoS需求对所述成员载波和功率资源的分配情况进行再调整
[0045]其中，依据所述用户的需要对所述成员载波和功率资源的分配情况进行再调整，具体为:
[0046]在依据最大化能量效率原则和所述成员载波的分配情况为所述用户实际分配功率资源(也即步骤103)之后，对于不能满足所有约束条件的个别用户，会继续判断为所述用户实际分配的成员载波和功率资源能否满足所述用户的需要(也即进行步骤104)，若可以满足了则结束，若还是不满足，则继续基于用户的需要对其成员载波和功率资源进行调整，直至满足用户的需要或系统无可用资源为止。
[0047]本申请中的资源分配方法，还包括:
[0048]对分配给所述用户的成员载波所对应的资源进行标记，其标记过程具体为:
[0049]基于不同用户对不同成员载波中不同资源块的利用情况设置一个二维矩阵，所述二维矩阵中的行数和列数分别对应请求接入的用户个数和所有的资源块个数；所述二维矩阵中的元素为O或I ;其中，I表示该资源块已被对应的用户占用，O表示该资源块还没有被占用。当然对资源块进行标记的方法并不限于上述方法，还可以有很多其他的方法，只要能表示用户对应的资源块能的利用情况即可。
[0050]与现有技术相比，本申请实施例提供了一种资源分配方法，首先进行场景假设，并根据假设的场景来确定请求接入的用户；然后根据功率平均分配的假设来为所述用户分配初始成员载波；接着依据最大化能量效率原则和所述成员载波的分配情况为各成员载波分配功率资源；最后依据所述用户的需要对用户的成员载波和载波功率进行再调整；这样以能量效率最大化为目标，且综合考虑了吞吐量、用户QoS和公平性等因素，避免过多的载波聚合次数，从而减少硬件负担并节约能量。
[0051]如图3所示，本申请实施例还公开了一种资源分配设备，包括:
[0052]确定模块301，用于确定请求接入系统的用户和所述用户的QoS需求；其中，所述场景可以是基于认知的TD-LTE通彳目系统。
[0053]具体的，所述系统所在场景是基于认知的TD-LTE通信系统工作于电视白频段来假设的，其中:所述请求接入的用户具体为请求接入的移动通信用户；基于假设的场景下的认知无线电模式，所述用户和所述电视广播用户采用伺机接入模式来进行接入。
[0054]第一分配模块302，用于根据为能量平均分配假设来为所述用户分配初始成员载波；
[0055]其中，所述成员载波包括:优先分配成员载波，辅助成员载波；
[0056]第一分配模块302，具体用于根据为能量平均分配假设为每个请求接入的用户选择优先分配成员载波；并在所述优先分配成员载波的资源无法满足用户需求的情况下，为所述用户分配辅助成员载波。
[0057]所述优先分配成员载波为根据最大化最小值原则对所述用户对应的每个成员载波进行选择得到的成员载波；所述用户会优先在该优先分配成员载波上传送数据，从而避免过多的载波聚合过程。
[0058]优先分配成员载波的选择过程具体为:确定所述用户对应的每个成员载波中的最差资源块组成集合，然后从最差资源块组成集合中选出最优的资源块，确定选出的最优的资源块中对应的成员载波为所述优先分配成员载波，通过最大化最小值原则，来选择优先分配成员载波，以保证该成员载波的综合状况对于所述用户来说不会太差。
[0059]所述辅助成员载波具体为:对应所述用户的所有成员载波中除所述优先分配成员载波以外的，负荷最小，且尚未被所述用户占用的成员载波；
[0060]具体的，在所述优先成员载波的资源无法满足用户需求的情况下，为所述用户分配辅助成员载波具体为:在所述优先分配成员载波的资源无法满足用户需求的情况下，基于负载平衡原则为所述用户分配辅助成员载波，直到满足该用户需求或没有可用成员载波。
[0061]第二分配模块303，用于依据能量效率最大化原则和所述用户的成员载波分配情况为所述用户各成员载波分配功率资源；
[0062]具体的，第二分配模块303，具体用于基于所述成员载波的分配情况，以能量效率最大化为优化目标，并通过分式优化方法将所述优化目标转换为线性函数，并通过拉格朗日乘子法和次梯度迭代法对该线性函数进行求解，确定调整方案，并基于调整方案对所述用户成员载波分配载波功率。
[0063]判断模块304，用于判断为所述用户实际分配的成员载波和所述功率资源能否满足所述用户的QoS需求；
[0064]调整模块305，用于当判断为所述用户实际分配成员载波和功率资源不能满足所述用户的QoS需求时，依据所述用户的需要对所述用户成员载波和功率资源进行再调整。
[0065]调整模块305，，具体用于在依据最大化能量效率原则和所述成员载波的分配情况为所述用户实际分配功率资源后，对于不能满足所有约束条件的个别用户，依据所述用户的QoS需求以及所述成员载波的分配情况对成员载波和功率资源进行调整，直至满足所述用户的需要或系统无可用资源为止。
[0066]如图4所示，该资源分配设备还可以包括:标记模块306，用于对分配给所述用户的成员载波所对应的资源进行标记。
[0067]标记模块306，具体用于基于不同用户对不同成员载波中不同资源块的利用情况设置一个二维矩阵
[0068]与现有技术相比，本申请实施例提供了一种资源分配方法，首先确定请求接入系统的用户及其QoS需求；然后根据能量平均分配的假设来为所述用户分配初始成员载波；接着依据最大化能量效率原则和所述成员载波的分配情况为所述用户分配载波功率资源；最后依据所述用户的需要对所述用户的成员载波和功率资源进行再调整；这样以能量效率最大化为目标，且综合考虑了吞吐量、用户QoS和公平性等因素，避免过多的载波聚合次数，从而减少硬件负担并节约能量。
[0069]本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本申请所必须的。
[0070]本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
[0071 ] 上述本申请序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。
[0072] 以上公开的仅为本申请的几个具体实施场景，但是，本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种资源分配方法，其特征在于，包括: 确定请求接入系统的用户和所述用户的QoS需求； 根据能量平均分配假设为所述用户分配初始成员载波； 依据能量效率最大化原则和所述用户的成员载波分配情况为所述用户各成员载波分配功率资源； 判断为所述用户分配的成员载波和所述功率资源能否满足所述用户的QoS需求，若不满足，则依据所述用户的QoS需求对所述成员载波和所述功率资源的分配情况进行再调難iF.0
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述成员载波包括:优先分配成员载波，辅助成员载波； 其中，为所述用户分配初始成员载波具体为:为每个请求接入的用户选择优先分配成员载波；并在所述优先分配成员载波的资源无法满足用户需求的情况下，为所述用户分配辅助成员载波。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述优先分配成员载波为根据最大化最小值原则对所述用户对应的每个成员载波进行选择得到的成员载波，其中，选择过程具体为: 确定所述用户对应的每个成员载波中的最差资源块组成集合，然后从最差资源块组成集合中选出最优的资源块，确定选出的最优的资源块中对应的成员载波为所述优先分配成员载波。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述辅助成员载波具体为:对应所述用户的所有成员载波中除所述优先分配成员载波以外的，负荷最小，且尚未被所述用户占用的成员载波； 其中，在所述优先成员载波的资源无法满足用户需求的情况下，为所述用户分配辅助成员载波具体为: 在所述优先分配成员载波的资源无法满足用户需求的情况下，基于负载平衡原则为所述用户分配辅助成员载波，直到满足该用户需求或没有可用成员载波。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述依据能量效率最大化原则和所述用户成员的载波分配情况为所述用户各成员载波分配功率资源；，具体为: 基于所述成员载波的分配情况，以能量效率最大化为优化目标，并通过分式优化方法将所述优化目标转换为线性函数，并通过拉格朗日乘子法和次梯度迭代法对该线性函数进行求解，确定调整方案，并基于所述调整方案对所述用户的各成员载波实施功率资源分配。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，依据所述用户的QoS需求以及所述成员载波和所述成员载波上的功率资源分配情况计算所述用户的实际QoS需求，其中，依据计算结果与所述用户的QoS需求比较进行调整，具体为: 在依据最大化能量效率原则和所述成员载波的分配情况为所述用户实际分配功率资源后，对于不能满足所有约束条件的个别用户，依据所述用户的需要对所述用户成员载波的分配情况和功率资源进行调整，直至满足所述用户的需要或系统无可用资源为止。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括: 对分配给所述用户的成员载波所对应的资源进行标记。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，对分配给所述用户的成员载波所对应的资源进行标记，具体为: 基于不同用户对不同成员载波中不同资源块的利用情况设置一个二维矩阵，所述二维矩阵中的行数和列数分别对应请求接入的用户个数和所有的资源块个数；所述二维矩阵中的元素为O或I ; 其中，I表示该资源块已被对应的用户占用，O表示该资源块还没有被占用。
9.一种资源分配设备，其特征在于，包括: 确定模块，用于确定请求接入系统的用户和所述用户的QoS需求； 第一分配模块，根据能量平均分配假设为所述用户分配初始成员载波； 第二分配模块，用于依据能量效率最大化原则和所述用户的成员载波分配情况为所述用户各成员载波分配功率资源； 判断模块，用于判断为所述用户实际分配的成员载波和所述功率资源能否满足所述用户的QoS需求； 调整模块，用于当判断为所述用户分配的成员载波和所述功率资源不能满足所述用户的QoS需求时，依据所述用户的QoS需求对所述成员载波和所述功率资源的分配情况进行再调整。
【文档编号】H04L5/00GK104283662SQ201410513901
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年9月29日 优先权日:2014年9月29日
【发明者】郭文彬, 刘晓燕, 王琳皓, 石同享, 杨立山, 王文博 申请人:北京邮电大学