[发明专利]一种正交频分复用系统的混合业务资源分配方法

摘要

本发明正交频分复用系统的混合业务资源分配方法，特征是提出了一种基于物理层和数据链路层联合跨层优化的服务质量满意度公平性准则，该准则既适用于实时业务又适用于非实时业务；在对该准则的特征进行分析的基础上提出的资源分配方法，根据每个时隙处于激活状态的用户总数、用户对服务质量的要求、用户在每个时隙的起始时刻统计的已经接收到的服务质量计算用户的效用函数值，从而决定用户的优先级，且自适应子载波与比特联合分配模块先为等级高的用户的分组分配子载波，再为等级低的用户的分组分配子载波。因此本发明不仅可以较好地满足用户对服务质量的要求，而且可以保证用户间服务质量满意度的公平性。

主权项

1、一种正交频分复用系统的混合业务资源分配方法，包括调度模块和自适应子载波与比特联合分配模块；基站为每个用户提供有限长度的队列，队列长度是分组的峰值到达速率和可以忍受的最大等待时延的乘积，基站还为每个用户的业务队列建立并维护标签，标签记录相应的用户标识符、分组标识符、用户分配到的子载波标识符、用户队列中累计到达的分组数量、用户累计丢失的分组数量、用户累计接收到的错误的分组数量、当前用户队列中的分组数量、队首分组的等待时延、分组可以忍受的最大等待时延、分组可以忍受的最大丢包率、分组可以忍受的最大误包率和分组可以忍受的最大分组损耗率；基站将业务的数据分组输入到各用户独立的队列中，队列中分组的服务次序是先到先服务；基站端通过广播信道通知队列中分组数量非零的用户进行信道估计；用户通过无差错的反馈信道将信道估计结果和上一次资源分配过程中接收到的错误分组数量汇报给基站；基站侧的资源分配算法每时隙执行一次，每次分配过程中只将一个子载波分配给一个用户，各子载波均分系统发射总功率；在每个时隙的起始时刻，调度模块为用户排序，并将排序后的用户标识符序列和用户队列中的分组提供给自适应子载波与比特联合分配模块；自适应子载波与比特联合分配模块先根据用户反馈的信道状态信息将用户的子载波按照增益递减排序，得到各用户的子载波增益递减序列，再根据调度模块提供的用户标识符序列和用户队列中的分组信息为用户队列中的分组分配子载波，并将每个用户可以发射的分组数量反馈给调度模块；其特征在于：所述调度模块产生用户效用函数递减序列，包括：初始化单元在各时隙的起始时刻根据上一次资源分配结束后子载波与比特联合分配模块的反馈丢弃等待时延大于等于该分组可以忍受的最大等待时延的分组、根据用户反馈的上一次资源分配过程中接收到的错误的分组数量统计各用户累计接收到的错误的分组数量、将用户分配到的子载波标识符进行清零、为上一时隙内到达的分组建立新的分组标识符、统计各用户队列中累计到达的分组数量、统计各用户累计丢失的分组数量、统计用户队列剩余的分组数量、统计本时隙用户队列剩余的分组总数、记录各用户队首分组的等待时延和统计本时隙系统中处于激活状态的用户总数；初始化之后，满意度因子计算单元按照公式$S_k\left[i\right]={\mathrm{PLR}}_k\left[i\right]/{\mathrm{PLR}}_k^{\max }$ 计算每一个用户k的满意度因子，式中PLRkmax表示用户k可以忍受的最大分组损耗率，PLRk[i]表示用户k在第i个时隙的起始时刻统计的分组损耗率，PLRk[i]可以使用等式${\mathrm{PLR}}_k\left[i\right]=\frac{{\mathrm{PLN}}_k\left[i\right]+{\mathrm{PEN}}_k\left[i\right]}{{\mathrm{PAN}}_k\left[i\right]}$ 进行估计，其中PLNk[i]、PENk[i]和PANk[i]分别表示用户k在第i个时隙之前累计丢失的分组数、接收到的错误的分组数和到达的分组总数；效用函数计算单元根据上一步计算出来的满意度因子按照公式$U_k^{\mathrm{CL}}\left[i\right]=u_k\frac{R_k^{\mathrm{cur}}\left[i\right]}{R_k^{\mathrm{aver}}\left[i\right]}\exp \left(\frac{S_k\left[i\right]-\overline{S\left[i\right]}}{1+\sqrt{\overline{S\left[i\right]}}}\right)$ 计算每一个队列中分组数量非零的用户k的效用函数，式中Rkcur[i]表示用户k预测的在第i个时隙可以支持的最高数据传输速率，Rkaver[i]表示用户k在第i个时隙之前的平均数据传输速率，使用公式$R_k^{\mathrm{aver}}[i+1]=(1-\frac{1}{t_c})R_k^{\mathrm{aver}}\left[i\right]+\frac{1}{t_c}{R}_k^{\mathrm{cur}}\left[i\right]$ 进行更新，其中tc表示滑动时间窗口的长度，如果基站在第i个时隙没有发射数据给用户k，则Rkaver[i+1]使用$R_k^{\mathrm{cur}}\left[i\right]=0$ 进行更新；uk使用$u_k=-\log \left({\mathrm{PDR}}_k^{\max }\right)/D_k^{\max }$ 进行计算，其中PDRkmax和Dkmax分别表示用户k可以忍受的最大丢包率和分组时延，$\overline{S\left[i\right]}=\frac{1}{K}\underset{k=1}{\overset{K}{\Sigma }}{S}_k\left[i\right],$ 其中K表示在第i个时隙系统中处于激活状态的用户总数；计算结束后，排序单元将用户的效用函数递减排序，得到用户效用函数递减序列，然后进入自适应子载波与比特联合分配过程；自适应子载波与比特联合分配模块包括：子载波排序单元根据用户反馈的信道状态信息，将分组数量非零的用户的子载波按照增益递减排序，得到各用户的子载波增益递减序列；子载波与功率联合分配单元从用户效用函数递减序列中的队首用户开始依次为用户队列中的分组分配该用户子载波增益递序列的空闲子载波，记录每个用户分配到的子载波的标识符，计算并记录分配给这些子载波的发射的比特数，直到该用户没有分组需要被发射或系统空闲子载波数量为零；如果系统还有空闲子载波且还有分组等待发射，继续为用户效用函数递减序列中优先级低一级的下一个用户队列中的分组分配该用户子载波增益递减序列中的空闲子载波，直到没有分组需要被发射，或系统空闲子载波数为零；分配结束之后，统计反馈单元记录本次资源分配的结果，并将每个用户可以发射的分组数量反馈给调度模块的初始化单元。