1.一种基于功率最小化的资源分配方法,其特征在于包括以下步骤:
①定义待进行资源分配的一个下行链路为待分配下行链路,该待分配下行链路中存在一个基站和K个移动终端,定义每两个相邻的时隙为一个双时隙,定义一个双时隙中的前一个时隙为第一时隙,在同一个双时隙中的后一个时隙为第二时隙,基站在每个双时隙的第一时隙和第二时隙先后通过与该双时隙对应的一条传输信道中的N个子载波向移动终端传输一次数据,其中,K≥2,N≥2;
②对于任意一个双时隙,在该双时隙的第一时隙中进行资源分配,具体过程为:
②-1获取基站在该双时隙的第一时隙中通过N个子载波将数据传输到每个移动终端时各个子载波的传输速率,将基站在该双时隙的第一时隙中通过第n个子载波将数据传输到第k个移动终端时第n个子载波的传输速率记为r1,k,n,r1,k,n=log2(1+P1,k,n×H1,k,n),其中,1≤k≤K,1≤n≤N,P1,k,n表示基站在该双时隙的第一时隙中通过第n个子载波将数据传输到第k个移动终端时在第n个子载波上的发射功率,H1,k,n表示基站在该双时隙中的第一时隙中通过第n个子载波将数据传输到第k个移动终端时第n个子载波上的信道增益;
②-2获取基站在该双时隙的第一时隙中通过N个子载波将数据传输到每个移动终端时N个子载波上的平均信道增益,将基站在该双时隙的第一时隙中通过N个子载波将数据传输到第k个移动终端时N个子载波上的平均信道增益记为H1,k, 然后采用贪婪算法的优化方案获取每个移动终端在该双时隙的第一时隙中待占用的子载波的数目,将第k个移动终端在该双时隙的第一时隙中待占用的子载波的数目记为m1,k,该贪婪算法的优化方案为:满足以下约束条件:
约束条件一:
约束条件二:
其中,符号“min”表示最小化,Rk表示该双时隙内第k个移动终端的目标数据速率,Bmax表示与待分配下行链路对应的整个系统的最大调制比特数, 为向上取整符号;
②-3由基站在该双时隙的第一时隙中将N个子载波依次分配给相应的移动终端,并确定基站在该双时隙的第一时隙中实际分配给每个移动终端的子载波的数目,具体过程如下:②-3-1将基站在该双时隙的第一时隙中通过N个子载波将数据传输到每个移动终端时各个子载波上的信道增益按各个子载波的序号顺序排列形成每个移动终端对应的第一列向量,其中,每个移动终端对应的第一列向量的维数为N×1维,第k个移动终端对应的第一列向量中的第n个元素为基站在该双时隙的第一时隙中通过第n个子载波将数据传输到第k个移动终端时第n个子载波上的信道增益;
由K个第一列向量按各移动终端的序号顺序横向排列构成第一待处理信道增益矩阵H1(K,N),其中,H1(K,N)中的第k个列向量为第k个移动终端对应的第一列向量;
②-3-2将H1(K,N)中的最大值记为H1(k*,n*),其中,1≤k*≤K,1≤n*≤N,H1(k*,n*)表示基站在该双时隙的第一时隙中通过第n*个子载波将数据传输到第k*个移动终端时第n*个子载波上的信道增益;然后将第n*个子载波分配给第k*个移动终端,并对H1(K,N)进行更新,即将H1(K,N)中的第n*行中的全部元素置零,得到一个新的信道增益矩阵,记为H'1(K,N);再令H1(K,N)=H'1(K,N),其中,H1(K,N)=H'1(K,N)中的“=”为赋值符号;
②-3-3统计当前已分配给每个移动终端的子载波的数目,当任意一个移动终端当前已分配的子载波的数目均小于该移动终端待占用的子载波的数目的两倍时,返回步骤②-3-2继续执行,将N个子载波在该双时隙的第一时隙中未被分配的子载波继续分配到移动终端;
当存在一个移动终端满足下述条件:该移动终端当前已分配的子载波的数目等于该移动终端待占用的子载波的数目的两倍时,完成在该双时隙的第一时隙中将子载波分配到该移动终端的分配过程,假设该移动终端为第i"个移动终端,然后执行步骤②-3-4,其中,1≤i"<K;
②-3-4对H1(K,N)进行更新,即将H1(K,N)中的第i"列中的全部元素置零,得到一个新的信道增益矩阵,记为H"1(K,N),再令H1(K,N)=H"1(K,N),其中,H1(K,N)=H"1(K,N)中的“=”为赋值符号;
②-3-5若H1(K,N)中存在一个元素的值不为零,则返回步骤②-3-2继续执行,将N个子载波在该双时隙的第一时隙中尚未分配的子载波分配到其它未完成分配的移动终端中;
若H1(K,N)中的所有元素的值均为零时,则完成在该双时隙的第一时隙中将子载波分配到移动终端的过程,并确定基站在该双时隙的第一时隙中实际分配给每个移动终端的子载波的数目,将基站在该双时隙的第一时隙中实际分配给第k个移动终端的子载波的数目记为t1,k;
②-4根据注水算法的原理在该双时隙的第一时隙中对实际分配给每个移动终端的各个子载波上应加载的功率进行分配,具体过程如下:②-4-1将该双时隙的第一时隙中基站需要分配给第k个移动终端的数据速率记为R1,k,②-4-2当t1,k=0时,不进行功率分配,直接执行步骤②-4-7;当t1,k≥1时,将在该双时隙的第一时隙中实际分配给第k个移动终端的所有子载波上的信道增益按从大到小的顺序排列,构成一个第一集合,记为h1(k,t1,k), 然后执行步骤②-4-3,其中,h1,k,1表示h1(k,t1,k)中的最大值, 表示h1(k,t1,k)中按数值从大到小排列第n1位的值,1≤n1≤t1,k, 表示h1(k,t1,k)中的最小值;
②-4-3将该双时隙的第一时隙中第k个移动终端的注水线记为K1,MA,k,
②-4-4将与 对应的子载波上应加载的功率记为
②-4-5判断 是否成立,如果成立,则对h1(k,t1,k)进行更新,即将h1(k,t1,k)中的 删除,完成在该双时隙的第一时隙中对与该被删除的 对应的子载波上应加载的功率的分配过程,并令t1,k=t1,k-1,从而得到一个新的集合,记为h1'(k,t1,k),再令h1(k,t1,k)=h1'(k,t1,k),然后返回步骤②-4-2继续执行,其中,t1,k=t1,k-1和h1(k,t1,k)=h1'(k,t1,k)中的“=”为赋值符号;否则,直接执行步骤②-4-6;
②-4-6获取h1(k,1t,k)中与每个元素对应的子载波上应加载的功率,将h1(k,t1,k)中与第n1'个元素 对应的子载波上应加载的功率记为然后在h1(k,t1,k)中与每个元素对应的子载波上分配应加载
的功率,将 分配给与 对应的子载波;再执行步骤②-4-7,其中,1≤n1'≤t1,k;
②-4-7完成在该双时隙的第一时隙中实际分配给第k个移动终端的各个子载波上应加载的功率的分配过程;
③在该双时隙的第二时隙中进行资源分配,具体过程为:
③-1获取基站在该双时隙的第二时隙中通过N个子载波将数据传输到每个移动终端时各个子载波的传输速率,将基站在该双时隙的第二时隙中通过第n个子载波将数据传输到第k个移动终端时第n个子载波的传输速率记为r2,k,n,r2,k,n=log2(1+P2,k,n×H2,k,n),其中,1≤k≤K,1≤n≤N,P2,k,n表示基站在该双时隙的第二时隙中通过第n个子载波将数据传输到第k个移动终端时在第n个子载波上的发射功率,H2,k,n表示基站在该双时隙的第二时隙中通过第n个子载波将数据传输到第k个移动终端时第n个子载波上的信道增益;
③-2获取基站在该双时隙的第二时隙中通过N个子载波将数据传输到任意一个移动终端时与该移动终端对应的N个子载波上的平均信道增益,将基站在该双时隙的第二时隙中通过N个子载波将数据传输到第k个移动终端时与第k个移动终端对应的N个子载波上的平均信道增益记为H2,k, 然后采用贪婪算法的优化方案获取每个移动终端在该双时隙的第二时隙中待占用的子载波的数目,将第k个移动终端在该双时隙的第二时隙中待占用的子载波的数目记为m2,k,该贪婪算法的优化方案为:满足以下约束条件:
约束条件一:
约束条件二:
其中,符号“min”表示最小化,R2,k表示基站在该双时隙的第二时隙中需要分配给第k个移动终端的数据速率,R2,k=2Rk-R1,k;
③-3由基站在该双时隙的第二时隙中将N个子载波依次分配给相应的移动终端,并确定基站在该双时隙的第二时隙中实际分配给每个移动终端的子载波的数目,具体过程如下:③-3-1将基站在该双时隙的第二时隙中通过N个子载波将数据传输到每个移动终端时各个子载波上的信道增益按各个子载波的序号顺序排列形成每个移动终端对应的第二列向量,其中,每个移动终端对应的第二列向量的维数为N×1维,第k个移动终端对应的第二列向量中的第n个元素为基站在该双时隙的第二时隙中通过第n个子载波将数据传输到第k个移动终端时第n个子载波上的信道增益;
由K个第二列向量按各移动终端的序号顺序横向排列构成第二待处理信道增益矩阵H2(K,N),其中,H2(K,N)中的第k个列向量为第k个移动终端对应的第二列向量;
③-3-2将H2(K,N)中的最大值记为H2(k',n'),其中,1≤k'≤K,1≤n'≤N,H2(k',n')表示基站在该双时隙的第二时隙中通过第n'个子载波将数据传输到第k'个移动终端时第n'个子载波上的信道增益;然后将第n'个子载波分配给第k'个移动终端,并对H2(K,N)进行更新,即将H2(K,N)中的第n'行中的全部元素置零,得到一个新的信道增益矩阵,记为H'2(K,N);再令H2(K,N)=H'2(K,N),其中,H2(K,N)=H'2(K,N)中的“=”为赋值符号;
③-3-3统计当前已分配给每个移动终端的子载波的数目,当任意一个移动终端当前已分配的子载波的数目均小于该移动终端待占用的子载波的数目时,返回步骤③-3-2继续执行,将N个子载波在该双时隙的第二时隙中未被分配的子载波继续分配到移动终端;当存在一个移动终端满足下述条件:该移动终端当前已分配的子载波的数目等于该移动终端待占用的子载波的数目时,完成在该双时隙的第二时隙中将子载波分配到该移动终端的分配过程,假设该移动终端为第s个移动终端,然后执行步骤③-3-4,其中,1≤s<K;
③-3-4对H2(K,N)进行更新,即将H2(K,N)中的第s列中的全部元素置零,得到一个新的信道增益矩阵,记为H″2(K,N),再令H2(K,N)=H″2(K,N),其中,H2(K,N)=H″2(K,N)中的“=”为赋值符号;
③-3-5若H2(K,N)中存在一个元素的值不为零,则返回步骤③-3-2继续执行,将N个子载波在该双时隙的第二时隙中尚未分配的子载波分配到其它未完成分配的移动终端中;
若H2(K,N)中的所有元素的值均为零时,则完成在该双时隙的第二时隙中将子载波分配到移动终端的过程,并确定基站在该双时隙的第二时隙中实际分配给每个移动终端的子载波的数目,将基站在该双时隙的第二时隙中实际分配给第k个移动终端的子载波的数目记为t2,k;
③-4根据注水算法的原理在该双时隙的第二时隙中对实际分配给每个移动终端的各个子载波上应加载的功率进行分配。
2.根据权利要求1所述的一种基于功率最小化的资源分配方法,其特征在于所述的步骤③-4中在该双时隙的第二时隙中对实际分配给第k个移动终端各个子载波上应加载的功率进行分配的具体过程如下:③-4-1当t2,k=0时,不进行功率分配,直接执行步骤③-4-6;当t2,k≥1时,将在该双时隙的第二时隙中实际分配给第k个移动终端的所有子载波上的信道增益按从大到小的顺序排列,构成一个第二集合,记为h2(k,t2,k), 然后执行步骤③-4-2,其中,h2,k,1表示h2(k,t2,k)中的最大值, 表示h2(k,t2,k)中按数值从大到小排列第n2位的值,1≤n2≤t2,k, 表示h2(k,t2,k)中的最小值;
③-4-2将该双时隙的第二时隙中第k个移动终端的注水线记为K2,MA,k,
③-4-3将与 对应的子载波上应加载的功率记为
③-4-4判断 是否成立,如果成立,则对h2(k,t2,k)进行更新,即将h2(k,t2,k)中的 删除,完成在该双时隙的第二时隙中对与该被删除的 对应的子载波上应加载的功率的分配过程,并令t2,k=t2,k-1,从而得到一个新的集合,记为h2'(k,t1,k),再令h2(k,t2,k)=h2'(k,t2,k),然后返回步骤③-4-1继续执行,其中,t2,k=t2,k-1和h2(k,t2,k)=h2'(k,t2,k)中的“=”为赋值符号;否则,直接执行步骤③-4-5;
③-4-5获取h2(k,t2,k)中与每个元素对应的子载波上应加载的功率,将h2(k,t2,k)中与第n2'个元素 对应的子载波上应加载的功率记为然后在h2(k,t2,k)中与每个元素对应的子载波上分配应加载
的功率,将 分配给与 对应的子载波上;再执行步骤③-4-6,其中,1≤n2'≤t2,k;
③-4-6完成在该双时隙的第二时隙中实际分配给第k个移动终端的各个子载波上应加载的功率的分配过程。