[发明专利]基于用户最小速率需求的电力线信道通信资源分配方法

说明书

本发明公开了一种基于用户最小速率需求的电力线信道通信资源分配方法，确定UE在子载波信道上的可达传输速率，根据所有子载波信道的衰减对子载波信道进行排序并且根据瞬时速率最大化原则为每个UE分配一个未占用的最优子载波信道；然后根据UE最小速率需求确定所有UE的优先级并且从中选择一个最优UE，为所述最优UE分配一个剩余子载波信道，重复选择最优UE并且分配一个剩余子载波信道直至所有子载波信道分配完毕。本发明能够最大限度的利用系统信道资源，提高系统传输效率；能够保证系统吞吐量最大化，并且同时兼顾用户的公平性。

技术领域

本发明属于电力线通信抄表技术领域，具体涉及一种基于用户最小速率需求的电力线信道通信资源分配方法。

背景技术

过去几十年电力线通信(powerline communication，PLC)技术巨大的发展，由于电力线拥有不用重新布线、组网简单的优点，相比其他通信方式具有无可比拟的优势。现在，我们不仅能够利用电力线进行自动抄表、智能家居等通信系统的低速传输控制，还能实现数据，图片、音视频等互联网多媒体信息的高速传输。随着5G和物联网技术的飞速发展，电力线载波通信技术作为一种新型的接入网方式必将发挥其重要作用。由于通信技术的高速发展和电力线通信市场的兴起，国内外诸多科研机构都开展了宽带电力线通信技术的研究，包括正交频分复用(OFDM)技术、高效的编码调制技术、鲁棒灵活的帧结构设计、信号处理技术、频谱感知技术等。动态频谱分配是电力线载波通信技术中最受关注的热点之一。

动态频谱分配或动态频谱管理(dynamic spectrum management，DSM)是在多载波传输方式下，根据信道中各个子载波的信噪比(signal to noise ratio，SNR)在满足一定服务质量的前提下，动态选择可用的子载波，对子载波承载的比特数、功率等资源进行优化分配，使传输系统的相关指标达到最优。在PLC通信系统中，原始数据首先经过扰码、级联纠错卷积编码，再经过交织、映射，最后由DSM算法进行子载波和功率分配。而合理的DSM算法是提高系统传输效率和系统容量的关键。

通常，我们利用最优化理论来分析频谱资源管理问题，通过载波分配和功率控制来使整个小区的吞吐量最大化。此方面的研究在资源分配架构方面，既有基于集中式的整体最优化策略，如最优化单目标函数的整体求解；又有基于分布式的有限协作算法，如博弈论。集中式的算法可以求得最优解但是算法计算复杂度高，分布式的算法通过采用博弈论的思想可以简单求解，但是需要符合博弈策略且要进行收敛性证明。在无线频谱资源分配算法中，一种是在满足约束条件的前提下，最大化系统吞吐量的算法；另一种是结合子载波和功率特性的分配算法。M.K.Award等人研究了在满足用户最小速率需求条件下的最优载波分配机制。W.Dang等人提出了一种在载波配对前提下的功率分配算法。I.Ahmed等人研究了多目标的最优载波分配策略。总体而言，大多数研究都偏向于保障系统吞吐量，而此时用户的公平性就无法得到保障，在以往满足用户之间公平性的算法中，最具代表性的有比例公平算法。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于用户最小速率需求的电力线信道通信资源分配方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供一种基于用户最小速率需求的电力线信道通信资源分配方法，该方法为：确定UE在子载波信道上的可达传输速率，根据所有子载波信道的衰减对子载波信道进行排序并且根据瞬时速率最大化原则为每个UE分配一个未占用的最优子载波信道；然后根据UE最小速率需求确定所有UE的优先级并且从中选择一个最优UE，为所述最优UE分配一个剩余子载波信道，重复选择最优UE并且分配一个剩余子载波信道直至所有子载波信道分配完毕。

上述方案中，所述确定UE在子载波信道上的可达传输速率，具体通过下式确定：

其中B是PLC通信系统的子载波带宽，和分别表示UE m到集中器在子载波n上的信道特性和传输功率，N₀为噪声功率。