本發(fā)明屬于通信領(lǐng)域，描述了一種聯(lián)合編碼調(diào)制的即時(shí)數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)化方法。
背景技術(shù)：
：據(jù)思科白皮書預(yù)測，在2019年移動(dòng)數(shù)據(jù)流將占到世界數(shù)據(jù)流量的約75％。由于智能設(shè)備和即時(shí)消息應(yīng)用程序的普及，即時(shí)可靠數(shù)據(jù)通信(InstantVerified-dataCommunication,IVC)備受研究人員關(guān)注，而在未來5G(5thGnerationMobileTelecommunication)網(wǎng)絡(luò)中，時(shí)延抖動(dòng)是降低IVC數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量的主要因素。因此，降低時(shí)延抖動(dòng)，并為IVC服務(wù)的高品質(zhì)提供保障是一個(gè)亟需解決的問題。大規(guī)模天線陣列，或稱大規(guī)模多輸入多輸出(MultipleInputMultipleOutput,MIMO)技術(shù)，是第五代移動(dòng)通信技術(shù)中最先確定實(shí)際應(yīng)用的技術(shù)。它可以實(shí)現(xiàn)更好地通信性能，如更高的數(shù)據(jù)傳輸速率、更高的頻譜效率、更好的鏈路可靠性和更好的分集/復(fù)用增益折衷。而合理的資源分配，尤其是天線分配可以幫助更好地實(shí)現(xiàn)這些優(yōu)點(diǎn)。由于未來5G網(wǎng)絡(luò)中，大規(guī)模MIMO技術(shù)將被廣泛采用，與此同時(shí)移動(dòng)用戶的數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量要求與以前相比不斷增強(qiáng)，因此在大規(guī)模MIMO網(wǎng)絡(luò)的背景下，利用其中已經(jīng)成熟的數(shù)據(jù)傳輸編碼與調(diào)制方案研究用戶數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量的保障問題是一個(gè)合理的選擇。盡管針對大規(guī)模MIMO網(wǎng)絡(luò)中的可靠數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)一些研究成果，但是大多數(shù)工作只關(guān)注編碼和信號處理，并且沒有很好地考慮IVC服務(wù)的需求。此外，大多數(shù)工作還會選擇性忽略時(shí)延抖動(dòng)。例如現(xiàn)有技術(shù)中的隨機(jī)分配算法和螢火蟲算法；隨機(jī)分配算法(RandomAllocation,RA)是最簡單的算法，應(yīng)用也最為普遍，與用戶的需求比較接近，且通信資源的分配不涉及較多性能參數(shù)時(shí)，使用隨機(jī)分配算法可以保證即時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝逝c一定程度的可靠性。隨機(jī)分配算法的特點(diǎn)是，在對用戶進(jìn)行調(diào)制與接收模式分配時(shí)，幾乎不考慮每個(gè)用戶的各種通信條件與信道狀況，而是簡單地從調(diào)制星座點(diǎn)的集合中隨機(jī)選擇一個(gè)數(shù)賦予用戶；因?yàn)榧僭O(shè)各用戶之間信道狀況十分接近，從而可以保證用戶間較好的公平性。隨機(jī)分配算法的劣勢在于其未將用戶的具體信道條件考慮在內(nèi)，且針對同一批用戶，幾次分配的結(jié)果也不穩(wěn)定，這使得用戶所分配到的調(diào)制與接收模式優(yōu)劣不一，部分用戶無法得到傳輸速率保障，因此隨機(jī)分配算法會在很大程度上限制系統(tǒng)平均數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)質(zhì)量。離散螢火蟲(DiscreteFirefly,DF)算法是螢火蟲算法的改進(jìn)版。該算法克服了螢火蟲算法用于離散優(yōu)化問題時(shí)搜索較慢、結(jié)果較差的缺陷。離散螢火蟲紅算法的原理與其他啟發(fā)式算法比較類似，都是每一次都在變量維數(shù)的空間隨機(jī)搜尋最優(yōu)解，直到達(dá)到迭代次數(shù)上限，然后若本次循環(huán)的最優(yōu)解不滿足條件，則重新開始循環(huán)。離散螢火蟲算法的優(yōu)點(diǎn)在于最優(yōu)性與復(fù)雜度的平衡，它能在可接受的時(shí)間范圍內(nèi)找到誤差也可被接受的“最優(yōu)解”。由于它是一種啟發(fā)式算法，因此它也假設(shè)所有用戶的調(diào)制與接收模式變量地位相同，即使有用戶的性能已達(dá)到最優(yōu)，它仍會運(yùn)行至每個(gè)用戶均有較好結(jié)果。當(dāng)幾乎每個(gè)用戶的變量最優(yōu)值搜索時(shí)間均不同時(shí)，該算法容易產(chǎn)生運(yùn)行時(shí)間過長現(xiàn)象，導(dǎo)致算法效率變低。所以該算法不適用于大規(guī)模MIMO網(wǎng)絡(luò)中的所有用戶信道狀況差異較大且各不相同的情況。缺點(diǎn)是不考慮單個(gè)用戶對處理時(shí)延的容忍程度，因此多數(shù)情況下會犧牲單個(gè)用戶的性能換取系統(tǒng)平均數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)質(zhì)量及用戶間公平性的性能提升。所以，有時(shí)在具體應(yīng)用中，算法的執(zhí)行者會給每個(gè)用戶預(yù)先分配不同的權(quán)重因子，使需求和接收速率都較高的用戶能夠較快得到分配結(jié)果。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明針對現(xiàn)有方案，不能兼顧系統(tǒng)平均數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)質(zhì)量和全體用戶公平性，為了提升系統(tǒng)平均數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)質(zhì)量的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)較好的用戶間公平性，提出一種聯(lián)合編碼調(diào)制的即時(shí)數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)化方法。具體步驟如下：步驟一、搭建大規(guī)模MIMO中繼網(wǎng)絡(luò)的仿真場景；仿真場景中心布置一個(gè)MIMO基站，基站上部署N對天線，分別為{1,2,...,n,...,N}；每對天線包括基站接收天線和基站發(fā)送天線，基站周圍隨機(jī)分布通信的K對用戶，集合為{1,2,...,k,...,K}，每對用戶包括發(fā)送用戶和接收用戶；發(fā)送用戶和接收用戶通過MIMO基站互相傳輸信息。發(fā)送用戶集合S＝{S1,S2,...,Sk,...,SK}；接收用戶集合D＝{D1,D2,...,Dk,...,DK}；每個(gè)用戶設(shè)有兩根天線，一個(gè)接收天線和一個(gè)發(fā)送天線。步驟二、每個(gè)發(fā)送用戶分別將信道狀態(tài)信息發(fā)送給基站N根對應(yīng)的接收天線，從而形成信道狀態(tài)矩陣ΗS；K個(gè)發(fā)送用戶到N根基站接收天線形成的信道狀態(tài)矩陣ΗS如下：HS=h1,S1h1,S2...h1,Sk...h1,SKh2,S1h2,S2...h2,Sk...h2,SK...hn,S1hn,S2...hn,Sk...hn,SK...hN,S1hN,S2...hN,Sk...hN,SK]]>表示第n根基站接收天線到發(fā)送用戶Sk的信道狀態(tài)信息；步驟三、每個(gè)接收用戶分別將信道狀態(tài)信息發(fā)送到基站N根對應(yīng)的發(fā)送天線，從而形成信道狀態(tài)矩陣ΗD；K個(gè)接收用戶到N根基站發(fā)送天線形成的信道狀態(tài)矩陣ΗD如下：HD=h1,D1h1,D2...h1,Dk...h1,DKh2,D1h2,D2...h2,Dk...h2,DK...hn,D1hn,D2...hn,Dk...hn,DK...hN,D1hN,D2...hN,Dk...hN,DK]]>表示第n根基站發(fā)送天線到接收用戶Dk的信道狀態(tài)信息；步驟四、基于信道狀態(tài)矩陣ΗS和信道狀態(tài)矩陣ΗS，初始化所有發(fā)送用戶的數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量的上限與下限。數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量上限的表達(dá)式為：upper=max(QL*′),L=(1,2,...,k,...,K)]]>其中，是第k個(gè)發(fā)送用戶的當(dāng)前數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量的值；是第k個(gè)發(fā)送用戶上次的數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量值；的表達(dá)式為：Qk*=log2E(1-BERBER)E(pk(re)|gkHhk|2Σl=1,l≠kKpl(re)|gkHhl|2+σ2||gk||2)]]>BER是發(fā)送用戶到基站的數(shù)據(jù)傳輸過程中的誤比特率；hk是信道狀態(tài)矩陣ΗD的第k列向量值，是基站為第k個(gè)接收用戶傳輸數(shù)據(jù)時(shí)所用功率，gk是矩陣G的第k列的向量值。σ2表示基站為第k個(gè)接收用戶傳輸數(shù)據(jù)時(shí)噪聲的功率。矩陣G是接收信道矩陣，由接收用戶選擇的接收方式確定，具體如下：G=HDHD(HDHHD)-1(HDP(re)HDH+σ2IM)-1HD]]>G＝HD對應(yīng)的接收方式為迫零(ZeroForcing,ZF)接收，對應(yīng)的接收方式為最大比合并(MaxRatioCombining,MRC)接收，G＝(HDP(re)HDH+σ2IM)-1HD對應(yīng)的接收方式為最小均方誤差(MinimumMeanSquareError,MMSE)接收。數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量下限：為各發(fā)送用戶預(yù)期的數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量的平均值，表達(dá)式為：lower=(Σl=1KQ‾l)/K]]>其中表示第k個(gè)發(fā)送用戶所選擇的預(yù)期數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量的值。步驟五、根據(jù)數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量的上限與下限，基站計(jì)算每個(gè)發(fā)送用戶的調(diào)制星座點(diǎn)mk；具體步驟如下：步驟501、基站根據(jù)數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量的上限與下限計(jì)算每個(gè)發(fā)送用戶的加權(quán)系數(shù)；第k個(gè)發(fā)送用戶的加權(quán)系數(shù)λk為；λk=ηkmax(Qk*)upper]]>其中ηk是第k個(gè)用戶對的數(shù)據(jù)幀質(zhì)量值保障因子。步驟502、根據(jù)加權(quán)系數(shù)計(jì)算每個(gè)發(fā)送用戶的加權(quán)平均預(yù)期數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量；第k個(gè)發(fā)送用戶的加權(quán)平均預(yù)期數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量為步驟503、基站對所有的發(fā)送用戶，檢測每個(gè)發(fā)送用戶的加權(quán)平均預(yù)期數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量與當(dāng)前數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量的差值；步驟504、針對當(dāng)前發(fā)送用戶k，基站依次判斷是否如果是，進(jìn)入步驟505；否則，當(dāng)前發(fā)送用戶k的調(diào)制星座點(diǎn)mk保持不變；初始k＝1；判斷完當(dāng)前發(fā)送用戶k后，將k+1再次比較，直至到接收用戶K。步驟505、基站對影響當(dāng)前發(fā)送用戶k的數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量的各參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，改善調(diào)制星座點(diǎn)mk，使發(fā)送用戶k滿足具體如下：首先、針對接收用戶k，更改用于計(jì)算數(shù)據(jù)調(diào)制星座點(diǎn)的預(yù)期數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量μk；μk＝(upper+lower)/2然后，將預(yù)期數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量μk取代求解出發(fā)送用戶k到基站的新的數(shù)據(jù)傳輸預(yù)期誤比特率BERk；μk=log2E(1-BERkBERk)log2E(pk(re)|gkHhk|2Σl=1,l≠kKpl(re)|gkHhl|2+σ2||gk||2)]]>最后，根據(jù)新的數(shù)據(jù)傳輸預(yù)期誤比特率BERk，計(jì)算接收用戶k新的數(shù)據(jù)調(diào)制星座點(diǎn)mk；計(jì)算式為：mk＝V-1(BERk)其中V-1(·)是V(mk)的反函數(shù)，輸入?yún)?shù)為誤比特率BERk，輸出的解為mk；函數(shù)V(mk)的表達(dá)式為：BER≈V(mk)=2(1-1/mk)log2mkQ(2EbN03log2mkmk-1)]]>Eb是每比特?cái)?shù)據(jù)包含的平均能量，N0是通過濾波器后高斯白噪聲的頻帶寬度。步驟506、基站根據(jù)所有發(fā)送用戶的數(shù)據(jù)調(diào)制星座點(diǎn)，重新計(jì)算數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量的上限與下限；針對當(dāng)前發(fā)送用戶k，比較該用戶的比較預(yù)期數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量與當(dāng)前數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量若令upper＝μk；否則令lower＝μk；步驟507、根據(jù)數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量的新的上限與下限，重復(fù)步驟501到步驟506，直至所有發(fā)送用戶均滿足記錄所有發(fā)送用戶的調(diào)制星座點(diǎn)；步驟六、基站將調(diào)制星座點(diǎn)數(shù)以及調(diào)制方式返給發(fā)送用戶，將最佳接收方式發(fā)射給接收用戶，完成通信；基站輸出所有調(diào)制星座點(diǎn)，并按表1查閱星座點(diǎn)數(shù)對應(yīng)的調(diào)制方式，將星座點(diǎn)數(shù)和調(diào)制方式分別發(fā)送給對應(yīng)的發(fā)送用戶；按表1查閱星座點(diǎn)數(shù)對應(yīng)的最佳接收方式，將最佳接收方式發(fā)射給接收用戶。表1mk調(diào)制方式編碼速率接收方式1BPSK1/2ZF2QPSK1/2MRC3QPSK3/4MRC416QAM9/16MRC516QAM3/4MMSE664QAM3/4MMSEBPSK表示二相鍵控調(diào)制；QPSK表示正交鍵控調(diào)制；QAM表示正交星座點(diǎn)幅度調(diào)制；本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：一種聯(lián)合編碼調(diào)制的即時(shí)數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)化方法，通過將緩存及其數(shù)據(jù)隊(duì)列調(diào)度算法，與大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)木幋a和調(diào)制方案相結(jié)合，充分利用各自優(yōu)點(diǎn)，降低了系統(tǒng)兼顧單個(gè)用戶QoS和用戶間公平性的難度，從而在保證系統(tǒng)總體數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)質(zhì)量的同時(shí)達(dá)到較好的用戶間公平性。附圖說明圖1是本發(fā)明聯(lián)合傳輸調(diào)制與隊(duì)列調(diào)度的算法方案的通信場景示意圖；圖2是本發(fā)明一種聯(lián)合編碼調(diào)制的即時(shí)數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)化方法流程圖；圖3是本發(fā)明基站計(jì)算每個(gè)發(fā)送用戶的調(diào)制星座點(diǎn)的流程圖；圖4是本發(fā)明三種算法下不同用戶對數(shù)目與用戶QoS的比較圖；圖5是本發(fā)明三種算法下不同用戶對數(shù)目與系統(tǒng)吞吐量的比較圖；圖6是本發(fā)明三種算法下不同用戶對數(shù)目與服務(wù)時(shí)延的比較圖。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明一種聯(lián)合編碼調(diào)制的即時(shí)數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)化方法，保障了各用戶對于自身即時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量的需求，有效提升了大規(guī)模MIMO系統(tǒng)在即時(shí)數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)方面的性能；該算法稱為可靠數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量保證算法(VerifiedQualityGuaranteed,VQG)；如圖2所示，具體步驟如下：步驟一、搭建大規(guī)模MIMO中繼網(wǎng)絡(luò)的仿真場景；如圖1所示，仿真場景中心布置一個(gè)MIMO基站，基站上部署N對天線，分別為{1,2,...,n,...,N}；每對天線包括基站接收天線和基站發(fā)送天線，基站周圍隨機(jī)分布通信的K對用戶，集合為{1,2,...,k,...,K}，每對用戶包括發(fā)送用戶和接收用戶；發(fā)送用戶和接收用戶通過MIMO基站互相傳輸信息。發(fā)送用戶集合S＝{S1,S2,...,Sk,...,SK}；接收用戶集合D＝{D1,D2,...,Dk,...,DK}；每個(gè)用戶設(shè)有兩根天線，一個(gè)接收天線和一個(gè)發(fā)送天線。步驟二、每個(gè)發(fā)送用戶分別將信道狀態(tài)信息發(fā)送給基站N根對應(yīng)的接收天線，從而形成信道狀態(tài)矩陣ΗS；K個(gè)發(fā)送用戶到N根基站接收天線形成的信道狀態(tài)矩陣ΗS如下：HS=h1,S1h1,S2...h1,Sk...h1,SKh2,S1h2,S2...h2,Sk...h2,SK...hn,S1hn,S2...hn,Sk...hn,SK...hN,S1hN,S2...hN,Sk...hN,SK]]>表示第n根基站接收天線到發(fā)送用戶Sk的信道狀態(tài)信息；步驟三、每個(gè)接收用戶分別將信道狀態(tài)信息發(fā)送到基站N根對應(yīng)的發(fā)送天線，從而形成信道狀態(tài)矩陣ΗD；K個(gè)接收用戶到N根基站發(fā)送天線形成的信道狀態(tài)矩陣ΗD如下：HD=h1,D1h1,D2...h1,Dk...h1,DKh2,D1h2,D2...h2,Dk...h2,DK...hn,D1hn,D2...hn,Dk...hn,DK...hN,D1hN,D2...hN,Dk...hN,DK]]>表示第n根基站發(fā)送天線到接收用戶Dk的信道狀態(tài)信息；步驟四、基于信道狀態(tài)矩陣ΗS和信道狀態(tài)矩陣ΗS，初始化所有發(fā)送用戶的數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量的上限與下限。數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量上限的表達(dá)式為：upper=max(QL*′),L=(1,2,...,k,...,K)]]>其中，是第k個(gè)發(fā)送用戶的當(dāng)前數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量的值；是第k個(gè)發(fā)送用戶上次的數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量值；的表達(dá)式為：Qk*=log2E(1-BERBER)log2E(pk(re)|gkHhk|2Σl=1,l≠kKpl(re)|gkHhl|2+σ2||gk||2)]]>BER是發(fā)送用戶到基站的數(shù)據(jù)傳輸過程中的誤比特率；hk是信道狀態(tài)矩陣ΗD的第k列向量值，是基站為第k個(gè)接收用戶傳輸數(shù)據(jù)時(shí)所用功率，gk是矩陣G的第k列的向量值。σ2表示基站為第k個(gè)接收用戶傳輸數(shù)據(jù)時(shí)噪聲的功率。矩陣G是接收信道矩陣，由接收用戶選擇的接收方式確定，具體如下：G=HDHD(HDHHD)-1(HDP(re)HDH+σ2IM)-1HD]]>G＝HD對應(yīng)的接收方式為迫零(ZeroForcing,ZF)接收，對應(yīng)的接收方式為最大比合并(MaxRatioCombining,MRC)接收，G＝(HDP(re)HDH+σ2IM)-1HD對應(yīng)的接收方式為最小均方誤差(MinimumMeanSquareError,MMSE)接收。數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量下限：為各發(fā)送用戶預(yù)期的數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量的平均值，表達(dá)式為：lower=(Σl=1KQ‾l)/K]]>其中表示第k個(gè)發(fā)送用戶所選擇的預(yù)期數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量的值。步驟五、根據(jù)數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量的上限與下限，基站對所有發(fā)送用戶判斷并計(jì)算每個(gè)發(fā)送用戶的調(diào)制星座點(diǎn)mk；如圖3所示，具體步驟如下：步驟501、基站根據(jù)數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量的上限與下限計(jì)算每個(gè)發(fā)送用戶的加權(quán)系數(shù)；針對第k個(gè)發(fā)送用戶，基站計(jì)算該發(fā)送用戶的加權(quán)系數(shù)λk為；λk=ηkmax(Qk*)upper]]>其中ηk是第k個(gè)用戶對的數(shù)據(jù)幀質(zhì)量值保障因子。步驟502、根據(jù)加權(quán)系數(shù)計(jì)算每個(gè)發(fā)送用戶的加權(quán)平均預(yù)期數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量；第k個(gè)發(fā)送用戶的加權(quán)平均預(yù)期數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量為步驟503、基站對所有的發(fā)送用戶，檢測每個(gè)發(fā)送用戶的加權(quán)平均預(yù)期數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量與當(dāng)前數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量的差值；步驟504、針對每個(gè)當(dāng)前發(fā)送用戶k，基站依次判斷是否如果是，進(jìn)入步驟505；否則，當(dāng)前發(fā)送用戶k的調(diào)制星座點(diǎn)保持不變；初始k＝1；判斷完當(dāng)前發(fā)送用戶k后，將k+1再次比較，直至到接收用戶K。步驟505、基站對影響當(dāng)前發(fā)送用戶k的數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量的各參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，改善調(diào)制星座點(diǎn)，使發(fā)送用戶k滿足具體如下：步驟5051、針對接收用戶k，更改用于計(jì)算數(shù)據(jù)調(diào)制星座點(diǎn)的預(yù)期數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量μk；μk＝(upper+lower)/2步驟5052、將預(yù)期數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量μk取代求解出發(fā)送用戶k到基站的新的數(shù)據(jù)傳輸預(yù)期誤比特率BERk；用μk取代下個(gè)等式中的即可解出BERk：Qk*=log2E(1-BERBER)log2E(pk(re)|gkHhk|2Σl=1,l≠kKpl(re)|gkHhl|2+σ2||gk||2)]]>步驟5053、根據(jù)新的數(shù)據(jù)傳輸預(yù)期誤比特率BERk，計(jì)算接收用戶k新的數(shù)據(jù)調(diào)制星座點(diǎn)mk；計(jì)算式為：mk＝V-1(BERk)其中V-1(·)是V(mk)的反函數(shù)，輸入?yún)?shù)為誤比特率BERk，輸出的解為mk；函數(shù)V(mk)的表達(dá)式為：BER≈V(mk)=2(1-1/mk)log2mkQ(2EbN03log2mkmk-1)]]>Eb是每比特?cái)?shù)據(jù)包含的平均能量，N0是通過濾波器后高斯白噪聲的頻帶寬度。步驟506、基站根據(jù)所有發(fā)送用戶的數(shù)據(jù)調(diào)制星座點(diǎn)mk，重新計(jì)算數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量的上限與下限；針對當(dāng)前發(fā)送用戶k，比較該用戶的預(yù)期數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量與本輪計(jì)算得到的用戶的當(dāng)前數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量若令upper＝μk；否則令lower＝μk；步驟507、根據(jù)數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量的新的上限與下限，重復(fù)步驟501到步驟506，直至所有發(fā)送用戶均滿足記錄所有發(fā)送用戶的調(diào)制星座點(diǎn)；步驟六、基站將調(diào)制星座點(diǎn)數(shù)以及調(diào)制方式返給發(fā)送用戶，將最佳接收方式發(fā)射給接收用戶，完成通信；輸出計(jì)算所得的對應(yīng)到每個(gè)用戶的調(diào)制星座點(diǎn)，使得每個(gè)用戶的實(shí)際調(diào)制星座點(diǎn)數(shù)基站輸出所有調(diào)制星座點(diǎn)，并按文獻(xiàn)“XiangChen,Jenq-NengHwang,Chung-NanLee,andShih-IChen；“MIMO系統(tǒng)中針對可擴(kuò)展視頻傳輸?shù)囊越谱顑?yōu)QoE目標(biāo)的功率分配方案”,IEEE信號處理專題期刊，第9卷，第1期，頁碼:76-88,2015年2月”中的表格查閱星座點(diǎn)數(shù)對應(yīng)的調(diào)制方式，將星座點(diǎn)數(shù)和調(diào)制方式分別發(fā)送給對應(yīng)的發(fā)送用戶；按文獻(xiàn)中的表格查閱星座點(diǎn)數(shù)對應(yīng)的最佳接收方式，將最佳接收方式發(fā)射給接收用戶。表1mk調(diào)制方式編碼速率接收方式1BPSK1/2ZF2QPSK1/2MRC3QPSK3/4MRC416QAM9/16MRC516QAM3/4MMSE664QAM3/4MMSEBPSK表示二相鍵控調(diào)制；QPSK表示正交鍵控調(diào)制；QAM表示正交星座點(diǎn)幅度調(diào)制。實(shí)施例：仿真場景為大規(guī)模MIMO網(wǎng)絡(luò)常用的仿真網(wǎng)絡(luò)配置，網(wǎng)絡(luò)中有一個(gè)配備有大量天線的基站；當(dāng)天線的數(shù)目不變時(shí)，該值被固定為256。該基站位于小區(qū)中心，在其周圍500米的半徑圓內(nèi)隨機(jī)分布著需要依靠基站進(jìn)行轉(zhuǎn)接式數(shù)據(jù)通信服務(wù)的用戶，用戶的總數(shù)不變時(shí)，該值被固定為128。假設(shè)用戶之間采用正交信道進(jìn)行資源分配，則不同用戶之間不存在干擾，考慮大規(guī)模衰落信道。詳細(xì)的仿真參數(shù)如表2所示：表2參數(shù)值帶寬20MHz噪聲功率1*10-6W/Hz預(yù)定信噪比閾值40dB數(shù)據(jù)包長度1500Bytes在介紹仿真結(jié)果之前，首先引入仿真衡量的算法的性能指標(biāo)。從通信場景需求中，推導(dǎo)出該系統(tǒng)中數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量優(yōu)化的公平性系數(shù)，即：F(Qk*)=Q‾kQk*=Q‾klog2(Qk(γk(tr))Qk(γk(re)))]]>該函數(shù)用于表示單個(gè)用戶獲得的數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量與其期望獲得的數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量之間的差距。Qk(·)表示數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量的計(jì)算函數(shù)；表示發(fā)送用戶k到基站的信干噪比；表示用發(fā)送用戶k到基站的平均信干噪比計(jì)算數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，得到發(fā)送端的數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量；計(jì)算如下：表示基站到接收用戶k的平均信干噪比；表示用基站到接收用戶k的平均信干噪比計(jì)算數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，得到接收端的數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量；由下式計(jì)算：Qk(γk(re))=E(pk(re)|gkHhk|2Σl=1,l≠kKpl(re)|gkHhl|2+σ2||gk||2)]]>基于該公平性系數(shù)，可以得到數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)：maxΣk=1KQk*F(Qk*)=maxΣk=1KQk*Q‾klog2(Qk(γk(tr))Qk(γk(re)))]]>與此同時(shí)，需要給出優(yōu)化的各約束條件：第一個(gè)約束條件是每個(gè)用戶的即時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量都應(yīng)當(dāng)有最低保證：ηkQ‾k≤Qk*,k=1,2,...,K]]>其中ηk是第k個(gè)用戶對的數(shù)據(jù)幀質(zhì)量值保障因子。傳輸過程中對用戶服務(wù)質(zhì)量影響較大的是時(shí)延因素，因此需要對延遲進(jìn)行必要的建模，使數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量滿足時(shí)延限制的要求。首先時(shí)延分為傳輸時(shí)延和等待時(shí)延，二者皆取決于各自的傳輸速率。由于數(shù)據(jù)速率會隨著信干噪比的變化而變化，而收發(fā)兩側(cè)的信干噪比可能有很大不同，因此將不可避免地產(chǎn)生時(shí)延抖動(dòng)。使用緩存技術(shù)剛好可以彌補(bǔ)速率差，并消除時(shí)延抖動(dòng)帶來的影響。由于緩存長度的限制，數(shù)據(jù)速率應(yīng)該受到的限制為：rΣk=1K(tk(re)-tk(tr))≤L]]>tk(re)=Lkprk(re)=LkpBlog2(1+γk(re))]]>tk(tr)=Lkprk(tr)=LkpBlog2(1+γk(tr))]]>其中表示第k個(gè)接收用戶的傳輸時(shí)延。表示第k個(gè)發(fā)送用戶的傳輸時(shí)延，L表示基站緩存的最大存儲長度，B是單個(gè)用戶通信時(shí)占用的帶寬。是第k個(gè)用戶對中所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內(nèi)容的總長。為了將總長度限制分解為k個(gè)子限制，用表示第i個(gè)傳輸時(shí)長中第k個(gè)用戶對所占用的緩存總長度。則：Lkpi=L(tk(re)-tk(tr))Σk′=1K(tk′(re)-tk′(tr))]]>用表示緩存中的等待時(shí)延，則總的時(shí)延限制條件可以表示為：tk(re)+τk=tk(tr)0≤tk(re)≤Tk]]>就是優(yōu)化問題中的第二個(gè)及第三個(gè)約束條件。第二個(gè)約束條件是：接收用戶的傳輸時(shí)延與等待時(shí)延之和，必須等于發(fā)送用戶的傳輸時(shí)延以消除時(shí)延抖動(dòng)：tk(re)+τk=tk(tr),k=1,2,...,K]]>τk表示第k個(gè)發(fā)送用戶的等待時(shí)延；第三個(gè)約束條件是：用戶收到數(shù)據(jù)內(nèi)容的總時(shí)延不得高于時(shí)延的最大限制閾值Tk：0≤tk(re)≤Tk,k=1,2,...,K]]>最終，大規(guī)模MIMO中繼網(wǎng)絡(luò)中提升即時(shí)數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)質(zhì)量的自適應(yīng)速率及調(diào)制編碼方式的選擇問題被建模為一個(gè)最優(yōu)化問題。此優(yōu)化問題同時(shí)涉及到的變量維度較高，本發(fā)明的方案中采用的是二分法思路得到的VQG算法對其進(jìn)行求解。下面將給出具體的仿真示意圖，并解釋其中曲線及其變化趨勢的含義，來證明所提的VQG算法性能優(yōu)于RA和DF算法。本發(fā)明從基站天線數(shù)目的增加對系統(tǒng)總SE的影響、用戶對數(shù)目的增加對系統(tǒng)總SE的影響、相同數(shù)量用戶對和基站天線情況下不同天線分組數(shù)對系統(tǒng)總SE的影響來分析不同算法在系統(tǒng)總SE性能上的差異。與本發(fā)明所提的VQG算法作比較的是螢火蟲(DiscreteFirefly,DF)算法和隨機(jī)分配(RandomAllocation,RA)算法。三種不同算法的QoS性能隨中繼天線數(shù)目增長而發(fā)生的變化，如圖4所示，用戶對數(shù)目固定為128，BS的緩沖長度被固定為1500字節(jié)?？梢郧宄赜^察到采用VQG算法的質(zhì)量函數(shù)的值無論天線數(shù)為何值時(shí)均比DF算法和RA算法要更高。這是因?yàn)镽A算法效率較低。DF算法結(jié)構(gòu)與VQG算法有根本性的不同：VQG算法是一個(gè)具有確定步驟和每步皆有確定結(jié)果的穩(wěn)定算法，而DF算法是一種啟發(fā)式算法，只有在迭代次數(shù)接近無窮的時(shí)候才能產(chǎn)生趨近最優(yōu)的解決方案。用戶對數(shù)目增長時(shí)各算法的吞吐量性能結(jié)果，如圖5所示，BS的天線數(shù)為固定256和緩存長度仍然為1500字節(jié)。在圖中可以看到，VQG仍然在三種算法中性能最佳。但與此同時(shí)，其他兩個(gè)算法也可以達(dá)到接近的性能。隨著用戶對數(shù)目增加，系統(tǒng)總吞吐量下降，不過當(dāng)用戶對數(shù)量非常大時(shí)下降速率也會減慢。值得一提的是，VQG在天線數(shù)目相對較大時(shí)仍能保證系統(tǒng)吞吐量，但DF則無法實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。原因是當(dāng)BS天線數(shù)目較大時(shí)，DF算法會限制最大迭代次數(shù)，以便盡快達(dá)到收斂。而算法耗時(shí)減少的代價(jià)也就是性能的下降。不同算法的在平均時(shí)延上的性能差異，如圖6所示。BS上的天線數(shù)目依然是256，緩存長度也依然為1500字節(jié)?？梢郧宄乜吹?，平均時(shí)延隨著用戶對數(shù)量的增加而增加，但是這三種算法的增長速度完全不同。VQG算法中當(dāng)用戶對數(shù)目較大時(shí)具有很好的性能，因?yàn)槌浞掷昧烁咚倬彺娴膬?yōu)點(diǎn)來增加最低數(shù)據(jù)速率。雖然緩存本身不會使延遲減小，但緩存機(jī)制使得低時(shí)延抖動(dòng)成為可能。此外，RA算法的曲線很難描述，因?yàn)槠浞峙溥^程并不考慮時(shí)延，因此其結(jié)果只能是在隨機(jī)范圍內(nèi)變動(dòng)。所以，RA與DF算法的較高時(shí)延性能也證明，VQG算法可以有效地緩解了時(shí)延抖動(dòng)。以上三個(gè)仿真圖證明VQG算法可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)總數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)質(zhì)量和整體用戶間公平性的平衡。而且該方案的復(fù)雜度低于大多數(shù)DF方案，適合在大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中推廣。本發(fā)明利用傳輸編碼調(diào)制和緩存調(diào)度聯(lián)合方案，對大規(guī)模MIMO系統(tǒng)內(nèi)即時(shí)數(shù)據(jù)可靠服務(wù)用戶之間的通信進(jìn)行合理調(diào)度，使系統(tǒng)以較低的復(fù)雜度獲得大規(guī)模MIMO系統(tǒng)較高的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)質(zhì)量和用戶公平性。當(dāng)前第1頁1 2 3