一种资源分配方法及装置与流程

本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种资源分配方法及装置。

背景技术：

移动互联网和物联网市场及业务应用的迅猛发展，推动5G业务的需求也迅速提升。据报告指出，相比4G而言，5G要求传输速率提高10～100倍、连接设备密度提升10～100倍、用户体验速率为0.1～1Gb/s等，同时能量效率、频谱效率及峰值速率等指标也在考虑范围内。面对未来巨大的移动数据业务需求，如何利用有限的频谱资源接入更多的用户并且支持更高的通信速率成为了5G发展的挑战。

中继技术以其能够提升通信系统的小区覆盖范围、频谱效率以及能量效率的独特优势，被纳入5G关键技术。中继作为通信系统中基站的代理，主要负责对信息的处理和转发，因此扩大了通信的范围。同时由于中继的引入，用户和小区间的信道由直连信道转化为相互独立的多跳信道，在提升信道多样性的同时降低了信号的功率损耗，因此能够在提升系统吞吐量的同时降低系统的能耗，进而提升系统的能量效率和频谱效率。

在中继网络中，现行的技术将中继技术和多频率信道相结合，如与OFDMA(正交频分多址接入)技术结合，利用中继网络的多跳性质和信道多样性，通过合理的联合优化功率分配、子载波分配和子载波配对的资源分配来进一步优化中继网络的吞吐量。然而，现有技术虽然能通过扩大通信范围和提高通信质量来提升通信系统的吞吐量，但并不能很好的支持密集通信网络。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于提供一种资源分配方法及装置，获得基于加权和速率最优的功率分配、码本分配和子载波配对规则，实现单中继网络的密集通信。具体技术方案如下：

为达到上述目的，本发明实施例公开了一种资源分配方法，所述方法包括：

确定当前通信网络中的初始子载波配对规则；

根据所述初始子载波配对规则，确定初始码本分配规则和初始功率分配规则；

根据所述初始码本分配规则和所述初始功率分配规则，确定中间子载波配对规则；

根据所述初始码本分配规则、所述初始功率分配规则、所述中间子载波配对规则，计算加权和速率，作为第一加权和速率，其中，所述加权和速率为所述当前通信网络中所有用户的通信速率的加权和；

判断所述第一加权和速率与初始化后的第一加权和速率之差的绝对值是否大于第一误差值；

如果是，将所述中间子载波配对规则确定为初始子载波配对规则，将所述第一加权和速率确定为初始化后的第一加权和速率，返回执行所述根据所述初始子载波配对规则，确定初始码本分配规则和初始功率分配规则的步骤；

如果否，将所述初始码本分配规则、所述初始功率分配规则、所述中间子载波配对规则确定为最优码本分配规则、最优功率分配规则、最优子载波配对规则。

为达到上述目的，本发明实施例还公开了一种资源分配装置，所述装置包括：

第一确定模块，用于确定当前通信网络中的初始子载波配对规则；

第二确定模块，用于根据所述初始子载波配对规则，确定初始码本分配规则和初始功率分配规则；

第三确定模块，用于根据所述初始码本分配规则和所述初始功率分配规则，确定中间子载波配对规则；

计算模块，用于根据所述初始码本分配规则、所述初始功率分配规则、所述中间子载波配对规则，计算加权和速率，作为第一加权和速率，其中，所述加权和速率为所述当前通信网络中所有用户的通信速率的加权和；

判断模块，用于判断所述第一加权和速率与初始化后的第一加权和速率之差的绝对值是否大于第一误差值；

第四确定模块，用于在所述判断模块判断出所述第一加权和速率与初始化后的第一加权和速率之差的绝对值大于第一误差值时，将所述中间子载波配对规则确定为初始子载波配对规则，将所述第一加权和速率确定为初始化后的第一加权和速率，触发所述第二确定模块；

第五确定模块，用于在所述判断模块判断出所述第一加权和速率与初始化后的第一加权和速率之差的绝对值不大于第一误差值时，将所述初始码本分配规则、所述初始功率分配规则、所述中间子载波配对规则确定为最优码本分配规则、最优功率分配规则、最优子载波配对规则。

由以上可知，使用本发明实施例提供的方案，在单中继网络中引入SCMA技术，经过多次迭代的方式，可以获得适用于单中继密集网络的基于加权和速率最优的功率分配、码本分配和子载波配对规则，从而实现单中继网络的密集通信，进一步提升单中继网络的吞吐量，实现高谱效高能效的通信。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种资源分配方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的系统加权和速率与用户发射功率上限的关系图；

图3为本发明实施例提供的系统加权和速率与系统子载波数的关系图；

图4为本发明实施例提供的系统能量效率与用户发射功率上限的关系图；

图5为本发明实施例提供的系统能量效率与系统子载波数的关系图；

图6为本发明实施例提供的一种资源分配装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了便于对发明实施例所提供的一种资源分配方法的理解，首先介绍本发明实施例所提供的一种资源分配方法所基于的原理性内容。具体介绍如下：

SCMA(稀疏码本多址接入)技术由于能够通过共享正交的时频资源来实现更多的用户接入，正日益受到产业界的重视，并且已成为5G非正交多址接入技术的候选之一。SCMA技术结合了多维调制和稀疏性编码的优势，能够实现在保证系统用户数过载率达到300％的情况下，仍然保证同OFDMA(正交频分多址接入)系统相近的比特块误码率。同时，SCMA网络的用户接入密度能够通过控制SCMA编码器的参数进行调节，使SCMA能够更加灵活的适应5G业务场景的不同需求。

本发明实施例通过在中继网络中引入SCMA技术，提出一种结合SCMA的通信网络的中继传输策略，以及一种联合功率分配、码本分配和子载波配对的加权和速率的优化模型。在上行链路的信号传输过程中，用户通过SCMA码本发送数据，而基站能够采用SCMA接收机进行解码，在下行链路的信号传输过程中，基站通过SCMA码本分配的方式向不同的用户发送数据，用户则采用SCMA接收机进行解码接收，并且通信过程采用单个中继节点进行协作，从而实现高密度高质量高能效的通信。

下面对上述的一种联合功率分配、码本分配和载波配对的加权和速率的优化模型进行介绍。

首先，根据实际的业务需要，设定通信系统中的子载波数N和用户数K，则第一跳中的子载波数和第二跳中的子载波数相同均为N；在上行通信网络中，第一跳表示用户与中继节点的信道，第二跳表示中继节点与基站的信道；在下行通信网络中，第一跳表示基站与中继节点的信道，第二跳表示中继节点与用户的信道；设定各个用户的通信速率的权重系数W＝{w_k}，其中k代表第k个用户；根据信道测量结果或已有工程经验确定该通信区域的信道衰落系数α，以及中继节点处的高斯白噪声功率基站处的高斯白噪声功率和用户处的高斯白噪声功率由信道衰落系数α可以进一步获得参数h_k,n、g_j、h_k,j、g_n的分布，其中，在上行通信网络中，h_k,n为在第一跳中第k个用户通过第n个子载波与中继节点进行通信的信道增益系数，g_j为在第二跳中中继节点通过第j个子载波与基站进行通信的信道增益系数；在下行通信网络中，h_k,j为在第二跳中中继节点通过第j个子载波与第k个用户进行通信的信道增益系数，g_n为在第一跳中基站通过第n个子载波与中继节点进行通信的信道增益系数；根据中继节点处所使用的设备确定中继节点的发射功率上限P_r和中继节点的放大系数β；根据SCMA编码器设定多维编码映射参数L和总码本数M，并预先设计码本和子载波间的映射关系D≡{d_n,m}，其中当第m个码本占用第n个子载波时d_n,m＝1，反之则d_n,m＝0；确定每个码本分别在不同子载波上分配的功率比例系数A≡{a_n,m}，并且满足其中当d_n,m＝1时a_n,m∈(0,1)，而当d_n,m＝0时a_n,m＝0。

然后，建立通信系统的数据传输模型，如下：

在上行通信网络中：第一个阶段，用户通过SCMA码本分配的方式发送信号给中继节点；第二个阶段，中继节点将接收到的信号进行放大处理后再通过OFDMA子载波配对的方式传递给基站，基站则对接收到的信号采用SCMA接收机进行解码接收；

在下行通信网络中：第一个阶段，基站通过SCMA码本分配的方式将不同用户的数据发送给中继节点；第二个阶段，中继节点将接收到的信号进行放大处理后再通过OFDMA子载波配对的方式传递给用户，用户则对接收到的信号采用SCMA接收机进行解码接收。

进一步的，设定加权和速率为通信系统性能的衡量指标，加权和速率为当前通信网络中所有用户的通信速率的加权和。则，在上行通信网络中基站接收的加权和速率模型，或，在下行通信网络中用户接收的加权和速模型为：

其中，C是系统的加权和速率，S≡{s_k,m}表示码本在用户之间的分配情况，如果第m个码本被分配并用于传输第k个用户的数据，则s_k,m＝1，反之s_k,m＝0，SNR_k,m表示：在上行通信网络中当第k个用户使用第m个码本传输信息时基站的接收信噪比，或，在下行通信网络中基站使用第m个码本传输第k个用户的数据时用户的接收信噪比。

进一步的，在上行通信网络中基站的接收信噪比模型为：

在下行通信网络中用户的接收信噪比模型为：

其中，P≡{p_k,m}表示：在上行通信网络中第k个用户使用第m个码本传输数据时的发射功率，或，在下行通信网络中基站使用第m个码本传输第k个用户的数据时的发射功率；π≡{π_n,j}为子载波的配对情况，如果通信系统中第一跳的第n个子载波和第二跳中第j个子载波配对则π_n,j＝1，反之则π_n,j＝0。

进一步的，可以建立通信网络中考虑联合优化功率分配、码本分配和子载波配对的权重速率最优的原问题的模型，具体的，原问题模型如下：

原问题为：

约束条件为：C1：C2：

C3：在上行通信网络中，

在下行通信网络中，

C4：C5：C6：

C7：C8：

其中，P_k为：上行通信网络中第k个用户的最大发射功率，或，下行通信网络中基站分配的用于发送第k个用户的数据的最大发射功率。此外，C1到C3是用户和中继节点的发射功率限制，C4和C5限制每个码本至多只能分配给一个用户，C6限制了一个子载波至多只能被复用D次，C7和C8保证在每一次传输过程中第一个阶段的任意一个子载波至多只能和第二个阶段的任意一个子载波配对，并且第二个阶段的任意一个子载波也至多只能和第一阶段的任意一个子载波配对。

进一步的，根据现有的子载波配对方案π，通过变量松弛法等效转化上述原问题模型为凸问题模型，具体的，凸问题模型如下：

凸问题为：

约束条件为：C1：C2：

C3：在上行通信网络中，

在下行通信网络中，

C4：C5：C6：

其中，为辅助变量。

进一步的，在上述等效凸问题模型中引入对偶变量后，建立对偶函数的数学模型，具体的，对偶函数模型如下：

约束条件为：C1：λ≥0；C2：C3：

C4：C5：C6：

其中，μ≡{μ_k}、λ为对偶变量，在上行通信网络中：在下行通信网络中：

进一步的，对上述对偶函数模型，利用对偶分解法和KKT(Karush–Kuhn–Tucker)最优化条件，可以求得当前最优的功率分配模型，具体的，定义P≡{p_k,m}为给定对偶变量下所有用户的最优功率分配：

在上行通信网络中，当前最优的功率分配模型为：

其中，

在下行通信网络中，当前最优的功率分配模型为：

其中，

进一步的，对于上述对偶函数模型，利用对偶分解法和线性规划方法，可以求得当前最优的码本分配模型，具体的，当前最优的码本分配模型如下：

其中，定义S≡{s_k,m}为码本在所有多用户中的最优分配模型；

在上行通信网络中：

在下行通信网络中：

进一步的，对于上述对偶函数模型，还可以利用次梯度方法更新两个对偶变量，具体的，更新两个对偶变量的数学模型如下：

其中，t是对偶方法中的迭代次数，和是第t次迭代更新后对偶变量相应的步长。

进一步的，为了从所有可能进行配对的子载波中选择最合适的子载波对，还可以建立新型子载波衡量标准模型，具体的，新型子载波衡量标准模型如下：

其中，在上行通信网络中：

在下行通信网络中：

进一步的，还可以建立通信网络中的能量效率模型，具体的，能量效率模型为：

其中，C是通信系统的加权和速率，P是通信系统的总功耗。

具体的，上述总功耗的模型为：

其中，是中继节点的实际发射功率，是在上行网络中第k个用户实际消耗的发射功率，或在下行网络中基站发送第k个用户的数据实际消耗的发射功率。

基于上述所介绍的原理性内容，下面介绍本发明实施例所提供的一种资源分配方法。需要说明的是，本发明实施例所提供的一种资源分配方法的执行主体可以是当前通信网络中的基站，也可以是当前通信网络中对基站和中继节点进行管理和控制的控制器，本实施例对此不做限定。

本实施例中，在中继技术和SCMA技术相结合的通信系统中，资源分配包括：将当前通信系统的码本分配给用户，第一跳和第二跳中的子载波进行配对，每个用户使用码本时的发射功率。在确定了当前通信系统的资源分配规则后，基站或各个用户将按照该资源分配规则发送信号进行数据传输。

图1为本发明实施例提供的一种资源分配方法的流程示意图，该方法包括：

S101，确定当前通信网络中的初始子载波配对规则。

实际应用中，初始子载波配对规则可以任意设置，这是因为不论初始子载波配对规则如何设定，本实施例均可以通过多次迭代的方式来确定最优的子载波配对规则、码本分配规则和功率分配规则，因此，本实施例并不进行限定初始子载波配对规则具体如何设定。实际上，为便于计算，可以将初始子载波配对规则设定为单位矩阵。

例如，以当前通信系统的子载波数为3为例，初始子载波配对规则可以是：第一跳的第1个子载波和第二跳的第2个子载波进行配对，第一跳的第2个子载波和第二跳的第3个子载波进行配对，第一跳的第3个子载波和第二跳的第1个子载波进行配对。该初始子载波配对规则以矩阵的形式可以表示为：

S102，根据初始子载波配对规则，确定初始码本分配规则和初始功率分配规则。

具体的，可以按照以下方式，来确定初始码本分配规则和初始功率分配规则：

根据初始子载波配对规则、初始化后的第一对偶变量和第二对偶变量，确定中间码本分配规则和中间功率分配规则；

根据中间码本分配规则、中间功率分配规则、初始子载波配对规则，计算加权和速率和对偶函数值，其中，计算的得到加权和速率作为第二加权和速率；

判断对偶函数值减去第二加权和速率之后除以第二加权和速率再取绝对值后所得到的数值是否大于第二误差值；

如果是，按照预设的更新规则，更新第一对偶变量和第二对偶变量，并将更新后的第一对偶变量和第二对偶变量确定为初始化后的第一对偶变量和第二对偶变量，返回执行根据初始子载波配对规则、初始后化的第一对偶变量和第二对偶变量，确定中间码本分配规则和中间功率分配规则的步骤；

如果否，将中间码本分配规则确定为初始码本分配规则，将中间功率分配规则确定为初始功率分配规则。

具体的，根据初始子载波配对规则、初始化后的第一对偶变量和第二对偶变量，确定中间码本分配规则和中间功率分配规则，可以包括：

在当前通信网络为上行通信网络时，可以根据以下公式，计算中间功率分配规则P≡{p_k,m}：

其中，μ_k为初始化后的第一对偶变量，表示第k个用户对应的第一对偶变量，λ为初始化后的第二对偶变量，y＝[x]⁺表示：当x<0时y＝0，当x≥0时y＝x；

在当前通信网络为下行通信网络时，根据以下公式，计算所述中间功率分配规则P≡{p_k,m}：

其中，

可以根据以下公式，计算中间码本分配规则S≡{s_k,m}：

其中，在当前通信网络为上行通信网络时：

在当前通信网络为下行通信网络时：

具体的，根据中间码本分配规则、中间功率分配规则、初始子载波配对规则，计算加权和速率和对偶函数值，可以包括：

可以根据以下公式，计算加权和速率C：

其中，在当前通信网络为上行通信网络时：

在当前通信网络为下行通信网络时：

根据以下公式，计算对偶函数值L：

其中，在当前通信网络为上行通信网络时：

在当前通信网络为下行通信网络时：

P_r为中继节点的最大发射功率，P_k为：在当前通信网络为上行通信网络时第k个用户的最大发射功率，在当前通信网络为下行通信网络时基站分配的用于发送第k个用户的数据的最大发射功率。

具体的，按照预设的更新规则，更新第一对偶变量和第二对偶变量，可以包括：

根据以下公式，计算更新后的第一对偶变量和第二对偶变量λ^(t+1)：

其中，t是迭代次数，为第t次迭代更新后第二对偶变量对应的步长，为第t次迭代更新后第k个用户对应的第一对偶变量对应的步长，为第t次迭代更新后的第k个用户对应的第一对偶变量，λ^(t)为第t次迭代更新后的第二对偶变量。

需要说明的是，在迭代的过程中，可以设置为常量，也可以按照一定的规律进行更新以使迭代过程能够快速收敛，本实施例对此不做限定。在迭代过程中更新的方法可以参见现有技术，在此不做赘述。

在第t次迭代时，如果|(L^(t)-C^(t))/C^(t)|≤ε，其中ε为收敛误差，表示当前所确定的码本分配规则、功率分配规则是在当前的初始子载波配对规则条件下的最优码本分配规则、最优功率分配规则。

S103，根据初始码本分配规则和初始功率分配规则，确定中间子载波配对规则。

具体的，可以按照以下方式，确定中间子载波配对规则：

初始化子载波对数量；

根据初始码本分配规则和初始功率分配规则，计算预设子载波衡量标准下所有可能的子载波对对应的理论加权和速率

根据所有可能的子载波对对应的理论加权和速率，建立目标矩阵R；

确定目标矩阵中数值最大的一个元素，作为第一元素，并将第一元素对应的子载波对确定为目标子载波对；

将目标子载波对的数量累加至子载波对数量，并将目标矩阵中第一元素所在的行和列中的其它元素置为0，在子载波对数量小于第一跳的子载波总数的情况下，返回执行确定目标矩阵中数值最大的第一元素，并将第一元素对应的子载波对确定为目标子载波对的步骤；

根据所确定的目标子载波对，确定中间子载波配对规则。

其中，C′_n,j表示：假定当前通信网络只允许基站和第一用户之间进行数据传输时通信速率的加权和，第一用户为：根据所述初始码本分配规则以及预设的码本与子载波间的映射关系确定的、使用第一跳的第n个子载波和第二跳的第j个子载波配对的子载波对与基站进行数据传输的用户；所述目标矩阵R的行数为第二跳的子载波总数、列数为第一跳的子载波总数。

需要说明的是，预设子载波衡量标准可以为上述原理性内容中所介绍的新型子载波衡量标准，也可以是其他的子载波衡量标准，本实施例对此不做限定。

具体的，根据初始码本分配规则和初始功率分配规则，计算预设子载波衡量标准下所有可能的子载波对对应的理论加权和速率可以包括：

根据以下公式，计算预设子载波衡量标准下所有可能的子载波对对应的理论加权和速率

其中，在当前通信网络为上行通信网络时：

在当前通信网络为下行通信网络时：

例如，在实际应用中，可以预先建立候选子载波对集合R和已配对子载波对集合π，其中，候选子载波对集合R包含所有可能的子载波配对组合，而已配对子载波对集合π为空集。

在计算出预设子载波衡量标准下所有可能的子载波对对应的理论加权和速率后，找出候选子载波对集合R中理论加权和速率最大的子载波对，该子载波对为[n,j]＝arg max R，并将该子载波对[n,j]添加到已配对子载波集合π中，令π(n,j)＝1。然后更新候选子载波对集合R，令R(n,:)＝0且R(:,j)＝0，再在更新后的候选子载波对集合R中找出理论加权和速率最大的子载波对，直到找到的子载波对的数量等于第一跳的子载波总数，并根据所找到的子载波对，确定子载波配对规则。此时，也就确定了在当前的初始码本分配规则和初始功率分配规则的条件下的最优子载波配对规则。

可见，本方案通过对所有可能进行配对的载波引入一种新的衡量标准来选择最合适的子载波对，降低了总体的算法计算复杂度，进一步提升了算法的可用性。

S104，根据初始码本分配规则、初始功率分配规则、中间子载波配对规则，计算加权和速率，作为第一加权和速率。

其中，加权和速率为当前通信网络中所有用户的通信速率的加权和。

具体的，根据初始码本分配规则、初始功率分配规则、中间子载波配对规则，计算加权和速率的公式可以参照上述相关描述，在此不做赘述。

S105，判断第一加权和速率与初始化后的第一加权和速率之差的绝对值是否大于第一误差值；如果是，执行S106，如果否，执行S107。

为便于计算在第一次迭代时，可以初始化第一加权和速率为0。

在第t′+1次迭代时，如果|C^(t′+1)-C^(t′)|≤ε′，其中ε′为收敛误差，表示当前所确定的中间子载波配对规则、初始码本分配规则、初始功率分配规则为最优子载波配对规则、最优码本分配规则、最优功率分配规则。

S106，将中间子载波配对规则确定为初始子载波配对规则，将第一加权和速率确定为初始化后的第一加权和速率，返回执行S102。

S107，将初始码本分配规则、初始功率分配规则、中间子载波配对规则确定为最优码本分配规则、最优功率分配规则、最优子载波配对规则。

在确定最优码本分配规则、最优功率分配规则、最优子载波配对规则之后，还可以确定当前通信系统在该最优码本分配规则、最优功率分配规则、最优子载波配对规则的条件下对应的加权和速率与能量效率等衡量系统性能的指标参数。

具体的，计算能量效率EE的公式可以为：并且其中C^r为最优码本分配规则、最优功率分配规则、最优子载波配对规则的条件下对应的加权和速率，为最优功率分配规则对应的中继节点的实际发射功率，为在最优功率分配规则的情况下，上行网络中第k个用户实际消耗的发射功率，或下行网络中基站发送第k个用户的数据实际消耗的发射功率。

由以上可知，使用本实施例提供的方案，在单中继网络中引入SCMA技术，经过多次迭代的方式，可以获得适用于单中继密集网络的基于加权和速率最优的功率分配、码本分配和子载波配对规则，从而实现单中继网络的密集通信，进一步提升单中继网络的吞吐量，实现高谱效高能效的通信。

下面以一个具体实施例对本发明实施例提供的资源分配方法的优点进行说明。

参见图2-图5，其中，SCMA-IJRASP-SOA是利用本发明实施提供的资源分配方法所获得的中继协作SCMA上行传输网络的加权和速率，SCMA-IJRASP-ODA是中继协作SCMA上行传输网络理论上的资源分配最优解对应的加权和速率，SCMA-Mean和SCMA-Random是采用其他算法所获得的中继协作SCMA上行传输网络的加权和速率，OFDMA-IJRASP-ODA是中继协作OFDMA上行传输网络中考虑功率分配、子载波分配和子载波配对的理论上的最优解对应的加权和速率。

从图2可以看出，当用户发射功率上限增加时，系统的加权和速率也增加，并且本发明实施例所提供的资源分配方法与最优算法的性能相近。

从图3可以看出，当系统的子载波数目增加时，系统的加权和速率也会增加，且增加的速度越来越慢。而且当系统的子载波数目较大时，中继协作SCMA上行传输网络的加权和速率，即使在未采用本发明实施例所提供的算法的情况下也要高于中继协作OFDMA上行传输网络采用最优资源分配方案的加权和速率，证明了中继技术与SCMA结合相较于中继技术与OFDMA结合的优势。

从图4可以看出，当用户发射功率上限增加时，系统的能量效率在降低，并且可以看出，本发明实施例所提供的资源分配方法相对于其他算法在能效上具有很大的优势。

从图5可以看出，当系统的子载波数目增加时，系统的能量效率也会增加，同时结合图3可以看出，采用本发明实施例提供的资源分配方法，增加系统的子载波数目时能够同时实现加权和速率与能量效率的优化，并且加权和速率与能量效率指标相对于中继协作OFDMA上行传输网络都有很大提升。

需要强调的是，本发明实施例在中继传输网络中应用SCMA技术，提出了一种联合功率分配、码本分配和子载波配对的加权和速率优化模型，并提供了一种的迭代优化资源分配的算法。在内层通过闭式求解的循环比较以实现功率和码本的最优分配，外层则通过新型算法实现最优子载波配对。在子载波配对阶段，对所有可能进行配对的子载波对引入一种新的衡量标准来选择最合适的子载波对，从而能够在获得与最优算法近似的加权和速率以及能量效率性能指标，同时大幅度降低系统的计算复杂度。

相应于上述方法实施例，本发明实施例还提供了一种资源分配装置。图6为本发明实施例提供的一种资源分配装置的结构示意图，该装置可以包括：

第一确定模块601，用于确定当前通信网络中的初始子载波配对规则；

第二确定模块602，用于根据所述初始子载波配对规则，确定初始码本分配规则和初始功率分配规则；

第三确定模块603，用于根据所述初始码本分配规则和所述初始功率分配规则，确定中间子载波配对规则；

计算模块604，用于根据所述初始码本分配规则、所述初始功率分配规则、所述中间子载波配对规则，计算加权和速率，作为第一加权和速率，其中，所述加权和速率为所述当前通信网络中所有用户的通信速率的加权和；

判断模块605，用于判断所述第一加权和速率与初始化后的第一加权和速率之差的绝对值是否大于第一误差值；

第四确定模块606，用于在所述判断模块605判断出所述第一加权和速率与初始化后的第一加权和速率之差的绝对值大于第一误差值时，将所述中间子载波配对规则确定为初始子载波配对规则，将所述第一加权和速率确定为初始化后的第一加权和速率，触发所述第二确定模块602；

第五确定模块607，用于在所述判断模块605判断出所述第一加权和速率与初始化后的第一加权和速率之差的绝对值不大于第一误差值时，将所述初始码本分配规则、所述初始功率分配规则、所述中间子载波配对规则确定为最优码本分配规则、最优功率分配规则、最优子载波配对规则。

具体的，所述计算模块604，具体可以用于：

根据以下公式，计算加权和速率C：

其中，在当前通信网络为上行通信网络时：

在当前通信网络为下行通信网络时：

K为当前通信网络中的用户总数，M为当前通信网络中的码本总数，N为当前通信网络中的子载波数；w_k为预设的第k个用户的通信速率的权重系数；s_k,m为第m个码本是否被分配并用于传输第k个用户的数据；和分别为用户处的高斯白噪声功率、中继节点处的高斯白噪声功率和基站处的高斯白噪声功率，β为中继节点的放大系数；d_n,m为第m个码本是否占用第n个子载波；a_n,m为第m个码本在第n个子载波上分配的功率比例系数；在上行通信网络中，SNR_k,m为当第k个用户使用第m个码本传输数据时基站的接收信噪比，p_k,m为第k个用户使用第m个码本传输数据时的发射功率，第一跳表示用户与中继节点的信道，第二跳表示中继节点与基站的信道，h_k,n为在第一跳中第k个用户通过第n个子载波与中继节点进行通信的信道增益系数，g_j为在第二跳中中继节点通过第j个子载波与基站进行通信的信道增益系数；在下行通信网络中，SNR_k,m为基站使用第m个码本传输第k个用户的数据时用户的接收信噪比，p_k,m为基站使用第m个码本传输第k个用户的数据时的发射功率，第一跳表示基站与中继节点的信道，第二跳表示中继节点与用户的信道，h_k,j为在第二跳中中继节点通过第j个子载波与第k个用户进行通信的信道增益系数，g_n为在第一跳中基站通过第n个子载波与中继节点进行通信的信道增益系数；π_n,j为第一跳的第n个子载波是否和第二跳的第j个子载波配对。

具体的，所述第二确定模块602，可以包括：

第一确定子模块，用于根据所述初始子载波配对规则、初始化后的第一对偶变量和第二对偶变量，确定中间码本分配规则和中间功率分配规则；

第一计算子模块，用于根据所述中间码本分配规则、所述中间功率分配规则、所述初始子载波配对规则，计算加权和速率和对偶函数值，其中，计算的得到加权和速率作为第二加权和速率；

判断子模块，用于判断所述对偶函数值减去所述第二加权和速率之后除以所述第二加权和速率再取绝对值后所得到的数值是否大于第二误差值；

第二确定子模块，用于在所述判断子模块判断出所述对偶函数值减去所述第二加权和速率之后除以所述第二加权和速率再取绝对值后所得到的数值大于第二误差值时，按照预设的更新规则，更新第一对偶变量和第二对偶变量，并将更新后的第一对偶变量和第二对偶变量确定为初始化后的第一对偶变量和第二对偶变量，触发所述第一确定子模块；

第三确定子模块，用于在所述判断子模块判断出所述对偶函数值减去所述第二加权和速率之后除以所述第二加权和速率再取绝对值后所得到的数值不大于第二误差值时，将所述中间码本分配规则确定为初始码本分配规则，将所述中间功率分配规则确定为所述初始功率分配规则。

具体的，所述第一确定子模块，具体可以用于：

在当前通信网络为上行通信网络时，根据以下公式，计算所述中间功率分配规则P≡{p_k,m}：

其中，μ_k为初始化后的第一对偶变量，表示第k个用户对应的第一对偶变量，λ为初始化后的第二对偶变量，y＝[x]⁺表示：当x<0时y＝0，当x≥0时y＝x；

在当前通信网络为下行通信网络时，根据以下公式，计算所述中间功率分配规则P≡{p_k,m}：

其中，

具体的，所述第一确定子模块，具体可以用于：

根据以下公式，计算中间码本分配规则S≡{s_k,m}：

其中，在当前通信网络为上行通信网络时：

在当前通信网络为下行通信网络时：

具体的，所述第一计算子模块，具体可以用于：

根据以下公式，计算对偶函数值L：

其中，在当前通信网络为上行通信网络时：

在当前通信网络为下行通信网络时：

P_r为中继节点的最大发射功率，P_k为：在当前通信网络为上行通信网络时第k个用户的最大发射功率，在当前通信网络为下行通信网络时基站分配的用于发送第k个用户的数据的最大发射功率。

具体的，所述第二确定子模块，具体可以用于：

根据以下公式，计算更新后的第一对偶变量和第二对偶变量λ^(t+1)：

其中，t是迭代次数，为第t次迭代更新后第二对偶变量对应的步长，为第t次迭代更新后第k个用户对应的第一对偶变量对应的步长，为第t次迭代更新后的第k个用户对应的第一对偶变量，λ^(t)为第t次迭代更新后的第二对偶变量。

具体的，所述第三确定模块603，可以包括：

初始化子模块，用于初始化子载波对数量；

第二计算子模块，用于根据所述初始码本分配规则和初始功率分配规则，计算预设子载波衡量标准下所有可能的子载波对对应的理论加权和速率其中，C′_n,j表示：假定当前通信网络只允许基站和第一用户之间进行数据传输时通信速率的加权和，第一用户为：根据所述初始码本分配规则以及预设的码本与子载波间的映射关系确定的、使用第一跳的第n个子载波和第二跳的第j个子载波配对的子载波对与基站进行数据传输的用户；

建立子模块，用于根据所有可能的子载波对对应的理论加权和速率，建立目标矩阵R，其中，所述目标矩阵R的行数为第二跳的子载波总数、列数为第一跳的子载波总数；

第四确定子模块，用于确定所述目标矩阵中数值最大的一个元素，作为第一元素，并将所述第一元素对应的子载波对确定为目标子载波对；

累加子模块，用于将所述目标子载波对的数量累加至所述子载波对数量，并将所述目标矩阵中所述第一元素所在的行和列中的其它元素置为0，在所述子载波对数量小于第一跳的子载波总数的情况下，触发所述第四确定子模块；

第五确定子模块，用于根据所确定的目标子载波对，确定中间子载波配对规则。

具体的，所述第二计算子模块，具体可以用于：

根据以下公式，计算预设子载波衡量标准下所有可能的子载波对对应的理论加权和速率

其中，在当前通信网络为上行通信网络时：

在当前通信网络为下行通信网络时：

由以上可知，使用本实施例提供的方案，在单中继网络中引入SCMA技术，经过多次迭代的方式，可以获得适用于单中继密集网络的基于加权和速率最优的功率分配、码本分配和子载波配对规则，从而实现单中继网络的密集通信，进一步提升单中继网络的吞吐量，实现高谱效高能效的通信。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。