基于比例公平的認(rèn)知ofdm網(wǎng)絡(luò)中的資源分配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，更進(jìn)一步涉及認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域中的一種基于比 例公平的認(rèn)知正交頻分復(fù)用（Orthogonalfrequency-divisionmultiplexing，OFDM)網(wǎng)絡(luò) 中的資源分配方法。本發(fā)明可以根據(jù)次用戶的預(yù)設(shè)吞吐量比例、系統(tǒng)子載波數(shù)和系統(tǒng)總發(fā) 射功率，結(jié)合免疫克隆方法，對(duì)認(rèn)知OFDM網(wǎng)絡(luò)中子載波和功率進(jìn)行優(yōu)化分配。
【背景技術(shù)】
[0002] 認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)是將認(rèn)知技術(shù)引入無線電網(wǎng)絡(luò)中，是一個(gè)智能的無線通信系統(tǒng)，它 能感知外界環(huán)境，并使用人工智能技術(shù)從環(huán)境中學(xué)習(xí)，通過實(shí)時(shí)改變某些參數(shù)，如傳輸功 率、載波頻率、調(diào)制技術(shù)等，使其內(nèi)部參數(shù)適應(yīng)接收到的無線信號(hào)的統(tǒng)計(jì)性變化，以達(dá)到對(duì) 頻譜資源的有效利用和高可靠性通信。OFDM技術(shù)是多載波調(diào)制技術(shù)的一種，是從頻域角度 出發(fā)，通過關(guān)閉相應(yīng)頻帶的子載波來避免對(duì)主用戶的干擾，有利于實(shí)現(xiàn)非連續(xù)頻譜的有效 利用，非常適合認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中的資源傳輸。認(rèn)知OFDM網(wǎng)絡(luò)是將認(rèn)知技術(shù)與OFDM技術(shù)結(jié) 合應(yīng)用于無線電網(wǎng)絡(luò)，極大地提高了頻譜利用率、信道容量及信號(hào)傳輸質(zhì)量。認(rèn)知OFDM網(wǎng) 絡(luò)中的資源主要包括子載波和功率等，這些資源的有效分配成為提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能的關(guān)鍵 技術(shù)。
[0003] 西安電子科技大學(xué)提出的專利申請(qǐng)"一種認(rèn)知OFDM網(wǎng)絡(luò)中的子載波的分配方 法"（申請(qǐng)?zhí)?01410123924. 0申請(qǐng)公布號(hào)CN1013916355A)公開了一種認(rèn)知OFDM網(wǎng)絡(luò)中 的子載波分配方法。該方法以遺傳算法為基本框架，通過確定編碼方式、種群初始化、種群 交叉、種群變異、種群適應(yīng)度評(píng)價(jià)及種群更新等步驟進(jìn)行子載波的分配。該專利申請(qǐng)存在的 不足是：首先，雖然該方法將比例公平約束轉(zhuǎn)化為比例公平函數(shù)進(jìn)行約束優(yōu)化，但是在種群 初始化初期沒有充分考慮各次用戶吞吐量分配的比例公平性，從而造成其方法的復(fù)雜性， 很難實(shí)現(xiàn)吞吐量分配的比例公平；其次，遺傳算法在優(yōu)化過程中存在退化和早熟現(xiàn)象，不能 很好地實(shí)現(xiàn)資源分配最優(yōu)。
[0004] Chai等人在其發(fā)表的論文"Ontheuseofimmuneclonaloptimizationfor jointsubcarrierandpowerallocationinOFDMwithproportionalfairness rate"（InternationalJournalofCommunicationSystems,2012,DOI:10. 1002/ dac. 1395)中提出了一種基于免疫克隆優(yōu)化的子載波和功率分配方法。該方法以免疫克隆 算法框架，通過抗體群初始化、抗體群變異、克隆選擇等操作進(jìn)行子載波和功率分配，但是 該方法仍然存在的不足之處是：在子載波編碼策略上，該方法使用二維矩陣進(jìn)行編碼，增加 了算法復(fù)雜度，降低了優(yōu)化速度；在抗體群初始化過程中，采用隨機(jī)初始化的策略，降低了 算法整體優(yōu)化性能，由此導(dǎo)致該方法只能粗略的實(shí)現(xiàn)次用戶吞吐量分配的比例公平。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于比例公平的認(rèn)知OFDM網(wǎng)絡(luò)中 的資源分配方法，以免疫克隆算法為整體框架，將子載波和功率分配分兩步進(jìn)行，在最大化 認(rèn)知OFDM網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)總吞吐量的同時(shí)，較好的實(shí)現(xiàn)了用戶吞吐量分配的比例公平性，得到較 好的分配效果。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體步驟包括如下：
[0007] (1)求次用戶需要的子載波數(shù)：
[0008] (la)將認(rèn)知正交頻分復(fù)用OFDM網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中功率平均分配給認(rèn)知正交頻分復(fù)用 OFDM網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的每個(gè)子載波，根據(jù)次用戶吞吐量、子載波功率和子載波數(shù)目之間的關(guān)系，獲 得與次用戶預(yù)設(shè)吞吐量比例相同的次用戶需要的子載波數(shù)目比例；
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于比例公平的認(rèn)知OFDM網(wǎng)絡(luò)中的資源分配方法，包括如下步驟： (1) 求次用戶需要的子載波數(shù)： (la) 將認(rèn)知正交頻分復(fù)用OFDM網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中功率平均分配給認(rèn)知正交頻分復(fù)用OFDM網(wǎng) 絡(luò)系統(tǒng)的每個(gè)子載波，根據(jù)次用戶吞吐量、子載波功率和子載波數(shù)目之間的關(guān)系，獲得與次 用戶預(yù)設(shè)吞吐量比例相同的次用戶需要的子載波數(shù)目比例； (lb) 按照下式，根據(jù)次用戶需要的子載波數(shù)目比例，計(jì)算每個(gè)次用戶需要的子載波 數(shù)：
其中，Tm表示第m個(gè)次用戶需要的子載波數(shù)，m表示[1，M]之間認(rèn)知正交頻分復(fù)用OFDM 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的次用戶數(shù)，M表示認(rèn)知正交頻分復(fù)用OFDM網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的次用戶總數(shù)，N表示認(rèn) 知正交頻分復(fù)用OFDM網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的子載波總數(shù)，a m表示第m個(gè)次用戶需要的子載波數(shù)目 比例，Σ表示求和操作； (2) 子載波分配抗體編碼： (2a)將子載波分配抗體總數(shù)設(shè)置為30,初始子載波分配抗體個(gè)數(shù)設(shè)置為0 ; (2b)采用香農(nóng)公式，計(jì)算每個(gè)次用戶在不同子載波上的吞吐量； (2c)采用兩步式子載波分配算法，給每個(gè)次用戶分配子載波，得到一個(gè)二維子載波分 配矩陣； (2d)按照下列步驟，將得到的二維子載波分配矩陣，映射為一個(gè)子載波分配行向量： 第一步：將二維子載波分配矩陣中第i行第j列元素的值賦給λ u，若1，表示 認(rèn)知正交頻分復(fù)用OFDM網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中第j個(gè)子載波分配給認(rèn)知正交頻分復(fù)用OFDM網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 中第i個(gè)次用戶，i表示[1，M]之間認(rèn)知正交頻分復(fù)用OFDM網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中次用戶數(shù)，M表示認(rèn) 知正交頻分復(fù)用OFDM網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中次用戶總數(shù)，j表示[1，N]之間認(rèn)知正交頻分復(fù)用OFDM網(wǎng) 絡(luò)系統(tǒng)中子載波數(shù)，N表示認(rèn)知正交頻分復(fù)用OFDM網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中子載波總數(shù)，令b (j) = i，表 示認(rèn)知正交頻分復(fù)用OFDM網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中第j個(gè)子載波分配給認(rèn)知正交頻分復(fù)用OFDM網(wǎng)絡(luò)系 統(tǒng)中第i個(gè)次用戶，b表示子載波分配行向量；若λ U= 〇,表示認(rèn)知正交頻分復(fù)用OFDM網(wǎng) 絡(luò)系統(tǒng)中第j個(gè)子載波沒有分配給認(rèn)知正交頻分復(fù)用OFDM網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中第i個(gè)次用戶，不對(duì) b(j)作任何操作，完成二維子載波分配矩陣中一個(gè)元素到子載波分配行向量中一個(gè)元素的 映射； 第二步：判斷是否完成二維子載波分配矩陣中所有元素到子載波分配行向量的映射， 若是，得到子載波分配行向量，否則，執(zhí)行第一步； (2e)將子載波分配行向量作為一個(gè)子載波分配抗體，子載波分配抗體個(gè)數(shù)加1 ; (2f)判斷子載波分配抗體個(gè)數(shù)是否小于設(shè)置的子載波分配抗體總數(shù)，若是，執(zhí)行步驟 (2c)，否則，執(zhí)行步驟（3); (3) 獲得子載波分配最優(yōu)抗體： (3a)將