[发明专利]面向用户通信的数据资源开发与频谱资源最优化分配方法

权利要求书

1.面向用户通信的数据资源开发与频谱资源最优化分配方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)建立模块化的用户体验(quality of experience，QoE)管理架构，将终端设备、接入网和骨干网作为一个整体，构成广义网络；在基站上安装SA；在用户终端安装UA；

(2)建立QoE与QoS间的初始映射关系，给出QoE与QoS间的初始关系：

QoE=13.39-6.70*2sQos*e-2sQos-13.39*e-2sQos-14.87*erf(1sQos),]]>

式中，e＝2.718，S为该映射关系的关键参数，用于调节用户对不同带宽的灵敏度，其初始值为1，erf(1sQos)=23.14∫01sQose-x2dx;]]>

(3)为请求资源的用户分配初始带宽；在初次分配时，QoE与QoS间的映射关系用步骤(2)中的初始化关系，不对任何用户进行惩罚或奖励，以默认带宽进行分配，初始默认带宽为R＝2.71Mbps，即对每个用户都分配2.71Mbps的带宽，将多余的带宽分配给速率要求高的用户；

(4)利用激励与惩罚机制指导用户合理参与反馈，让SA获得足够多的数据；SA记录用户反馈回来的信息，并利用当前映射关系和合理性标准判断其合理性；对合理反馈的用户，在下一时隙额外奖励RU单位的带宽；对于非法反馈的用户，若其反馈值的波动低于最低门限，则在下一时隙降低其PU单位的带宽；若其反馈值的波动高于最高门限，则忽略其反馈信息，将其当作非反馈用户；对于不参与反馈的用户，不做任何奖励与惩罚处理；

(5)用户的数据资源开发；此过程的数据资源开发方法通过迭代算法剔除反馈不合理的用户，选择出合理反馈的用户集，其迭代步骤如下：

初始化迭代过程：

M_|K|＝K，i＝|K|

δ|K|=Σj∈K(QoEj-QoE(QoSj,S(t-1)))2]]>

其中，K为所有参与反馈的用户构成的空间，|K|表示该空间的大小，i为迭代过程中当前存在的用户数，δ_|K|为用户反馈信息的均方误差，S为QoE-QoS关系中的关键参数，QoE为用户的体验值，t为时间参量；

进行迭代：

i＝|M_i|-1

θ|Mi|=argMi,jmin{δ|Mi|,j,/Mi∈K(|M|),j=1,2,......C|M||M|-1}]]>

δ|Mi|=min{δ|Mi|,j,/Mi∈K(|M|),j=1,2,......C|M||M|-1}]]>

Mi=θ|Mi+1|]]>

Δδ=δ|Mi-1|-δ|Mi|]]>

|M_i|表示第|K|-i次迭代时，系统中还有|M_i|个用户，为本次迭代选择出来的用户集，M_i，j为第|K|-i次迭代中的第j种用户组合，为第|K|-i次迭代中选择出来的用户反馈信息的均方误差，Δδ为上一次迭代与本次迭代的均方误差间的差值。

每迭代一步就删除一个反馈最不合理的用户，直到迭代到不再满足条件Δδ＜ε，其中，ε为设定的迭代精确度，ε＝min{ub²，lb²}，其中ub、lb为(4)中允许的波动上限和下限，在迭代完成后，可以选择出一个有效的用户群：

θ|M|=argMminδ|M|,]]>

选择出了合理反馈的用户集；

(6)根据步骤(5)选择出的合理反馈的用户集，利用这些用户反馈的数据，对原有QoE-QoS映射关系进行更新；

(7)进行面向用户的频谱资源分配；在考虑用户的实际感受的时候，设定系统的效益为：

U＝R*f(P，γ，a)，

对于系统中的每个用户i，其效益为：

Ui=Σj=1KRij*fij(Pij,γij,aij),]]>

其中，，k为用户i获得的载波数，R_ij为用户i在载波j上的速率，f_ij为载波j对用户i的有效性因子，P_ij为用户i在载波j上的发送功率，γ_ij为用户i在载波j上的信噪比，a_ij为载波j对用户i的特性。

根据下面的式子进行搜索，选择使得系统效率U取最大值时的载波分配策略为用户分配载波：

U=Σi=1NΣP‾,R‾j=1carriersmaxjUij(Rij,Pij,γij,aij),]]>

N为系统中的总用户数，P为每个用户在每个载波上的发送功率，γ为在当前信道上的信噪比，carriers为总的载波数，f为有效性因子，其计算方法如下：

f(Pi,j,γi,j,ai,j)=ci,j*{11+e-Pi,j(γi,j-ai,j)-di,j}]]>

ci,j=1+eai,jPi,jeai,jPi,j]]>

di,j=11+eai,jPi,j.]]>

资源分配的约束条件为

s.t.Σi,jRi,j≤Rmax0≤Ri,j≤RmaxΣi,jPi,j≤Pmax0≤Pi,j≤Pmax.]]>

其中，R_max为系统总带宽，P_max为系统允许的最大发送功率。

最终的资源分配策略为依据(7)决定每个用户分配到的载波数目，确定每个用户占有的带宽资源，使得系统的效益最大化。