基于速率自适应准则的资源分配方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及基于速率自适应准则的资源分配方法及 装直。
【背景技术】
[0002] 随着时代的进步和宽带无线通信技术的发展，各种宽带移动通信需求应生。人们 利用3G、LTE、WIMX和Win等宽带无线通信技术，使用各便携式终端如智能手机、平板电脑 等与网络进行各种信息交互和处理，除了实现传统的语音、短信等业务外，还包括微博、私 信、终端定位、收发电子件、在线游戏、音乐下载和视频点播等宽带多媒体业务。
[0003] 为了满足各种各移动通信需求，各式各样的无线通信技术层出不穷。然而，这些 技术都面临一个严峻的问题，那就是有限的无线资源已成为无线通信技术发展的一个主瓶 颈。如何利用有限的无线资源来提供有效又可靠的移动宽带数据已经成为当前学术界和产 业界共同关注的焦点。
[0004] 无线资源管理是管理无线通信系统中的空中接口资源，比如频率、功率和时隙等， 具体涵盖资源分配、分组调度、接纳控制、承载控制、负载均衡、移动性管理等技术，通过对 无线资源的合理分配和调度来提高无线资源在实际应用中的利用率，为了有效改善有限的 无线资源的瓶颈问题，系统一般会采用分配或优化算法对无线资源进行合理的分配与调 度，以满足种业务的服务质量（Quality of Service, QoS)需求。
[0005] 优秀的无线资源分配与优化算法除了要对无线资源进行分配以外，更关键的是要 对有限的无线资源进行优化，进一步提高无线资源利用率，同时也能进一步提升系统各方 面的性能，如最大化吞吐量，最小化功率、误比特率（Bit Error Rate，BER)和中断概率等， 所以一种好的无线资源优化算法对系统整体性能的提升起着至关重要的作用。
[0006] 正交频分复用技术（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，0FDM)由于 其具有结构简单、成本较低、抗干扰能力强等优势成为了下一代无线通信技术的关键技术 之一。更因为其子载波相互正交、每个用户在每个子载波上的信道条件不同等独有的特性 而使得无线资源分配和优化技术变得更加复杂。在正交频分多址（Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 0FDMA)系统中越来越多的无线资源分配与优化算法随之出 现，比如模拟退火算法、遗传算法、蚁群算法、博弈论和凸优化等。
[0007] 但是，由于无线资源分配与优化问题通常极其复杂，很多属于多目标优化问题或 者非线性多项式难题。关于无线资源分配还有凸优化方法，以最大化系统吞吐量为目标 的RA (Rate Adaptive，速率自适应）算法，以最小化系统功率消耗为目标的MA (Margin Adaptive,佘量自适应）算法；以效用（utility)最大化为目标的效用资源分配算法，以能 源效率（energy efficiency)最大化为目标的能效资源分配算法，迭代算法，以及子载波和 功率联合分布算法等。然而，上述算法只找到次优的解决方案，不能充分利用多用户分集增 Mo
[0008] 综上所述，现有技术存在以下问题：
[0009] 1)动态资源分配问题是不确定的多项式问题（NP)，采用上述算法计算复杂度很 高或者只能找到次优解。2)上述算法不能充分利用多用户分集增益。
【发明内容】
[0010] 本发明针对以上技术的不足，提出基于速率自适应准则的资源分配方法及装置， 使用噪声混沌神经网络充分利用多用户分集增益找到较理想的可行解。
[0011] 本发明的基于速率自适应准则的资源分配方法，包括：
[0012] 步骤301、对子载波进行分块；
[0013] 步骤302、估计每个子载波块的信干噪比SINR，根据每个子载波块的SINR按照转 换阈值确定调制方式，确定第k个用户在第η块上的子载波每个OFDM符号上的比特数；
[0014] 步骤303、按照用户的优先级确定分配给用户的子载波块数；
[0015] 步骤304、在系统总的发射功率固定、给定误比特率要求条件下，最大化系统总吞 吐量，为每个用户分配子载波块；
[0016] 所述最大化系统总吞吐量，为每个用户分配子载波块，包括：根据动力矩阵计算子 载波分配矩阵，对子载波分配矩阵进行离散化处理，根据离散化处理后的子载波分配矩阵 计算能量函数，如果达到退出条件，则退出迭代，为每个用户分配子载波块，否则更新动力 矩阵后重复以上过程。
[0017] 优选地，还包括：步骤305、为每个确定的子载波块分配功率，包括：
[0018]
【主权项】
1. 基于速率自适应准则的资源分配方法，其特征在于：包括： 步骤301、对子载波进行分块； 步骤302、估计每个子载波块的信干噪比SINR，根据每个子载波块的SINR按照转换阈 值确定调制方式，确定第k个用户在子载波n上的符号比特数； 步骤303、按照用户的优先级确定分配给用户的子载波块数； 步骤304、在系统总的发射功率固定、给定误比特率要求条件下，最大化系统总吞吐量， 为每个用户分配子载波块； 所述最大化系统总吞吐量，为每个用户分配子载波块，包括：根据动力矩阵计算子载波 分配矩阵，对子载波分配矩阵进行离散化处理，根据离散化处理后的子载波分配矩阵计算 能量函数，如果达到退出条件，则退出迭代，为每个用户分配子载波块，否则更新动力矩阵 后重复以上过程。
2. 根据权利要求1所述基于速率自适应准则的资源分配方法，其特征在于：还包括：步 骤305、为每个确定的子载波块分配功率，包括 ：
其中，Pn表示子载波块n分配的功率，[]+表示只取大于等于0的值，将小于0的值置 为0，0 =-ANln2/B表示注水门限，
为拉格朗日乘子， B是一个子载波块的带宽，示用户k在第n个子载波块上的信干噪比，PT为系统 总的发射功率，K为用户数，N为子载波块数。
3. 根据权利要求1或2所述基于速率自适应准则的资源分配方法，其特征在于：所述 对子载波进行分块包括计算可用频带内的子载波总数T，用T整除每个子载波块中的子载 波数量M，得到的整数N就为待分配的子载波块数，将T-NXM个频点最低的子载波去除，将 剩余的子载波按频点从低到高排列，依次将每M个子载波分为一个子载波块。
4. 根据权利要求1或2所述基于速率自适应准则的资源分配方法，其特征在于：所述 对子载波分配矩阵进行离散化处理包括：
其中，K为用户数，N为子载波块数，\n表示子载波块分配矩阵。
5. 根据权利要求1或2所述基于速率自适应准则的资源分配方法，其特征在于：所述 计算能量函数包括：
其中，Ae、Be、(；、队和Fe为惩罚参数，Vk，n表示子载波块分配矩阵，N为子载波块数，K为 用户数，C为第k个用户在第n块上的子载波每个OFDM符号上的比特数，￥1^_表示子载 波块n是否同时分配给用户k和h，Ck表示分配给用户k的子载波块的个数。
6. 根据权利要求1或2所述基于速率自适应准则的资源分配方法，其特征在于：所述 退出条件为迭代次数已超过IN次或者能量函数保持较小，即能量函数连续2次以上小于能 量阈值，IN为最大迭代次数。
7. 根据权利要求1或2所述基于速率自适应准则的资源分配方法，其特征在于：所述 更新动力矩阵包括：
其中，Ae、Be、Ce、D，Fe为惩罚参数，Vk，，Vh，n表示子载波块分配矩阵，Uk，n(t)是动力 矩阵，K为用户数，N为子载波块数，G为第k个用户在子载波n上的符号比特数，Ck表示 分配给用户k的子载波块的个数，A^为神经元间的阻尼因子，a为输入向量的放大系数， Zk，n⑴=(卜@i)Zk，n(t_l)为神经元的自反馈连接权重，Qk，n⑴=(卜@2)Qk，n(t_l)为随机 噪声，为神经元的输入偏差，P:为时间独立的神经元自耦合阻尼因子，0 2为噪声模拟退 火衰减因子，t是迭代次数。
8. 基于速率自适应准则的资源分配装置，其特征在于，包括： 子载波分块模块，用于对子载波进行分块； 调制方式确定模块，用于估计每个子载波块的信干噪比SINR，根据每个子载波块的SINR按照转换阈值确定调制方式，确定第k个用户在第n块上的子载波每个OFDM符号上的 比特数； 子载波分配模块，用于按照用户的优先级确定分配给用户的子载波块数； 最大化系统总吞吐量模块，用于在系统总的发射功率固定、给定误比特率要求条件下， 最大化系统总吞吐量，为每个用户分配子载波块； 所述最大化系统总吞吐量模块进一步包括： 动力矩阵生成单元，用于生成和更新动力矩阵； 子载波分配矩阵计算单元，用于根据动力矩阵计算子载波块分配矩阵； 矩阵离散化处理单元，用于对子载波块分配矩阵进行离散化处理； 能量函数函数计算单元，用于根据离散化处理后的子载波块分配矩阵计算能量函数； 判断单元，用于判断如果达到退出条件，则退出迭代，为每个用户分配子载波块。
9. 根据权利要求8所述基于速率自适应准则的资源分配装置，其特征在于，包括子载 波功率分配模块，用于为每个确定的子载波块分配功率，包括：
其中，Pn表示子载波块n分配的功率，[]+表示只取大于等于0的值，将小于0的值置 为0，0 =-ANln2/B表示注水门限，
为拉格朗日乘子， B是一个子载波块的带宽，示用户k第n个子载波块上的信干噪比，P,为系统总 的发射功率，K为用户数，N为子载波块数。
10. 根据权利要求8或9所述基于速率自适应准则的资源分配装置，其特征在于： 所述计算能量函数包括：
所述退出条件为迭代次数已超过IN次或者能量函数保持较小，即能量函数连续2次以 上小于能量阈值，IN为最大迭代次数； 所述更新动力矩阵包括：
以上各式中，Ae、Be、(；、队和Fe为惩罚参数，Vk，dPVh，n表示子载波块分配矩阵，Vk，nVh，n 表示子载波块n是否同时分配给用户k和h，Uk，n(t)是动力矩阵，K为用户数，N为子载波块 数，G为第k个用户在子载波n上的符号比特数，Ck表示分配给用户k的子载波块的个数， 入。为神经元间的阻尼因子，a为输入向量的放大系数，Zk,n(t) = (l-PDZua-l)为神经 元的自反馈连接权重，Qk，n(t) = (l-P2)Qkn(t-l)为随机噪声，L为神经元的输入偏差，3 : 为时间独立的神经元自耦合阻尼因子，0 2为噪声模拟退火衰减因子，t是迭代次数。
【专利摘要】本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及基于速率自适应准则的资源分配方法及装置，所述方法包括对子载波进行分块；估计每个子载波块的信干噪比；根据每个子载波块的信干噪比按照转换阈值确定调制方式；按照用户的优先级确定分配给用户的子载波块数；在系统总的发射功率固定、给定误比特率要求条件下，最大化系统总吞吐量，为每个用户分配子载波块；本发明基于速率自适应准则，在系统总的发射功率固定、给定误比特率要求条件下，最大化系统总吞吐量，为每个用户分配子载波块，利用NCNN暂态产生的混沌神经动力对简化问题的最优解进行有效地搜索。
【IPC分类】H04W72-04, H04L5-00
【公开号】CN104581958
【申请号】CN201410850186
【发明人】张海波, 穆立雄, 陈善学, 刘开健, 彭焦阳, 刘盈娜
【申请人】重庆邮电大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月31日