一种基于业务时延公平的电力线通信资源分配方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及高速电力线通信领域，具体的说是一种基于业务时延公平的电力线通 信资源分配方法。
【背景技术】
[0002] 作为解决信息高速公路"最后一公里"问题的关键技术，高速电力线通信技术一直 是研究的热点。所谓资源分配指根据业务的信道增益将子载波和功率等资源合理分配给每 个业务，从而实现提高系统吞吐量、降低系统时延等目标。所谓业务时延公平是指不同业务 完成数据传输所需的传输时隙数应近似相等，即各业务的传输时延应近似相等。
[0003] 正交频分复用（(FDM)技术将频带资源划分为若干个窄带子载波，每个子载波上 的信道为平坦衰落，可W克服宽带信道上的频率选择性衰落问题，因此，被引入到电力线通 信中。在电力线通信中，信道具有较强的时变性，在不同的传输时隙中，同一个业务在同一 个子载波上的信道增益会发生变化，传统(FDM资源分配无法适应快速变化的信道，系统吞 吐量性能较低。为了提高系统的传输效率，自适应(FDM资源分配应运而生。在自适应(FDM 资源调度中，调度方法按照其调度规则，根据各业务瞬时信道增益的变化，实时进行子载波 和功率的重新分配，从而充分挖掘信道的传输能力。
[0004] 目前已有部分文献研究探讨了自适应0抑M中的资源分配问题。例如，为了 降低电磁干扰对电力线通信的影响，文献《Resourceallocationmanagementfor indoorpower-linecommunicationssystems》（作者；PapandreouN.文献出处：IEEE TransactionsonCommunications, 2007, 22(2) :893-903.)在多链路功率谱受限的条件 下研究了子载波、比特和功率分配算法。为了降低运算复杂度，文献《考虑功率谱限制的电 力线通信比特分配算法》（作者；赵宇明，王赞基，郭静波等，文献出处；中国电机工程学 报，2006, 26巧）：143-148.)将最优化问题分解为=个简单的优化问题，逐次采用贪婪算法 进行了比特分配。为了保证最差业务对数据率的最低要求，文献《电力线通信中动态子载波 组分配》（作者；李圣，徐志强，文献出处；电子技术应用，2010, 36 (10) : 84-88.)根据业务的 数据率要求赋予每个业务一个优先级，并根据优先级完成子载波分配。
[0005] 在电力线通信中，不同业务的信道衰减不同，数据传输量也不相同，W上方法 是W最大化系统传输效率为目标，无法保证用户间的公平性。在文献《Increasein capacityofmultiuserOFDMsystemusingdynamicsubchannelallocation》（作 者；MieeW,CioffiJ.文献出处；InProceedingsofIE邸Vehi州larTechnology Conference,Piscataway,UnitedStates,May2000,pp. 1085-1089.)中提出了一种最大化 最差业务资源分配算法（MMFS)，该算法在每个时隙优先给已接收数据量最小的业务选择子 载波，从而保证各业务接收到的数据量近似相等，达到各业务传输数据量的公平性。
[0006] 然而，电力线通信中的实时业务要求传输时延公平，上述传输速率W及数据量的 公平无法保证传输时延的公平。例如，业务A需传输的数据量为IMbits，业务B需传输的 数据量为（l+a)Mbits，传输速率为0.IMbit/s，由于MMFSW保证各业务的传输数据量相同 为原则进行资源分配，在业务A未完成数据传输前，两个业务共享系统带宽，每个业务在每 个时隙的平均吞吐量可W近似为0. 〇5Mbit/s，业务A需要的时隙数为20,在业务A完成数 据传输后，业务B独享带宽，需要的时隙数为20+a/0. 1 = (20+10a) >20。业务A和B需要 的时隙数的差值为10a，业务A和业务B之间的时延差值随着数据量差值的增大而增大，故 而，当各个业务的数据量不同时，无法保证业务间的时延公平。
[0007]因此，电力线通信领域中，在各业务信道增益和数据量均不相同的条件下，尤其是 各业务数据量差值较大的情况下，如何实现传输时延的公平，成为一个亟待解决的技术问 题。
【发明内容】
[000引本发明要解决的技术问题是提供一种既能保证业务间的时延公平性又能兼顾系 统吞吐量性能的基于业务时延公平的电力线通信资源分配方法。
[0009] 为解决上述技术问题，本发明的基于业务时延公平的电力线通信资源分配方法， 该方法应用的电力线传输系统带宽为B，被划分为N个宽度相等的子载波，为K个数据量不 同的业务传输数据，其特征是所述资源分配方法包括W下步骤：
[0010] 步骤1)，第1个时隙的初始化分配：在传输的第1个时隙，为每个业务分别选择 信道增益最大的子载波；若第1个时隙的子载波全部分配完毕，则依次执行步骤3)和步骤 4);若第1个时隙内仍存在未分配的子载波，则先执行步骤2)，再依次执行步骤3)和步骤 4);
[0011] 步骤。，第1个时隙剩余子载波的循环分配：根据各个业务在 第1个时隙已分配到子载波上的数据量，分别计算各业务在第1个时隙的剩 余数据量，依据每个业务所需时隙数分别计算各个业务的剩余时隙数，得出
【主权项】
1. 一种基于业务时延公平的电力线通信资源分配方法，该方法应用的电力线传输系统 带宽为B，被划分为N个宽度相等的子载波，为K个数据量不同的业务传输数据，其特征是所 述资源分配方法包括以下步骤： 步骤1)，第1个时隙的初始化分配：在传输的第1个时隙，为每个业务分别选择信道增 益最大的子载波；若第1个时隙的子载波全部分配完毕，则依次执行步骤3)和步骤4);若 第1个时隙内仍存在未分配的子载波，则先执行步骤2)，再依次执行步骤3)和步骤4); 步骤2)，第1个时隙剩余子载波的循环分配：根据各个业务在第1个 时隙已分配到子载波上的数据量，分别计算各业务在第1个时隙的剩余 数据量，依据每个业务所需时隙教分別计笪各个、丨卜I的剩余时隙数，得出 第1个时隙需传输目标数据I
寻找第i个时隙需传 输目标数据量最高的业务，为第1个时隙需传输目标数据量最高的业务选择一个信道增益 最大的子载波，依据该原则依次完成第1个时隙所有子载波的分配； 步骤3)，子载波间的功率注水：利用功率注水法为各个子载波重新分配功率； 步骤4)，后续时隙的循环分配：根据每个业务在过去时隙已传输的 数据情况，得出各业务的剩余数据量，更新各业务的剩余时隙数，得出 当前时隙需传输目标数据邏
为当前时隙需传输目标数据量最高的 业务选择一个信道增益最大的子载波，依据该原则完成当前时隙内剩余子载波的分配后执 行步骤3)，然后再跳转至本步骤，依此循环，直至所有业务的全部数据传输完成。
2. 如权利要求1所述的基于业务时延公平的电力线通信资源分配方法，其特征是步骤 1)中为每个业务分别选择信道增益最大的子载波是指对于单独业务k= 1:K，为该单独业 务k寻找一个子载波nk，使得该单独业务k在子载波nk上的信道增益最大。
3. 如权利要求2所述的基于业务时延公平的电力线通信资源分配方法，其特征是为 单独业务k寻找一个子载波nk的过程是通过argmax公式得出的，
|hk，n(t) |为在时隙t、业务k在子载波n上的信道增益
，t，〃为业 务k在子载波n上的平均信道增益，gk(t) =x(t)+jy(t)，x和y分别是均值为0,方差为 〇. 5的高斯随机变量。
4. 如权利要求1所述的基于业务时延公平的电力线通信资源分配方法，其特征是 步骤3)中的功率注水法是指在功率满i
5条件下，依据系统吞吐量函数
〔式中，Xk，n(t) = 1或0,分别 表示在时隙t是否将子载波n分配给业务k，|hk，n(t)|为在时隙t、业务k在子载波n上的 信道增益，|M/)| =L,"|gA.〇)|2，为业务k在子载波n上的平均信道增益，gk(t)= x(t)+jy(t)，x和y分别是均值为0,方差为0. 5的高斯随机变量，队为加性高斯白噪声功 率谱密度，利用拉格朗日乘数法求解使得系统吞吐量函数C取得极大值时各子载波的功率 值Pn(t)，以重新分配各个子载波上的功率。
5.如权利要求1所述的基于业务时延公平的电力线通信资源分配方法，其特征是在步 骤2)和步骤4)中，寻找当前时隙需传输目标数据量最高的业务以及为该业务选择信道增 益最大的子载波均通过argmax公式得出。
【专利摘要】本发明涉及一种基于业务时延公平的电力线通信资源分配方法，该方法是多个时隙联合分配的过程，在每个时隙的资源调度中，统计过去时隙中各业务的数据接收量，通过计算各业务在当前时隙的剩余数据量及将来时隙的剩余时隙数来估计当前时隙需传输的目标数据量，并根据估计的目标量和当前时隙各业务的信道状态进行业务的子载波分配，该方法能够最大限度的利用系统资源，提高系统传输效率；同时，该方法能够兼顾业务间的数据量以及业务间的时延公平性两个因素，在各业务数据量不同的条件下保证业务间的时延公平；另外，该方法在兼顾业务间的时延公平的同时还通过子载波间的功率注水来提升系统的吞吐量性能。
【IPC分类】H04L5-00
【公开号】CN104702394
【申请号】CN201510119319
【发明人】李明明, 马建生, 王建玲, 王小亮, 谭虎, 孙秀云, 李文波, 郑冬仙, 金志强, 徐亭亭, 刘刚, 张薇伟, 徐力, 付明义, 孙红雁
【申请人】国网山东省电力公司潍坊供电公司, 国家电网公司
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年3月18日