[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

摘要

本发明公开了一种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，涉及无线通信技术领域，尤其是在用户体验领域，主要解决现有的面向QoS通信中用户的满意程度无法保证问题。本发明建立了一种全新的QoE管理体系，将现有网络扩展为广义网络，对QoE管理实现模块化操作。采用激励与惩罚机制，解决现有技术中数据来源不充足且不精确的问题，研究QoE-QoS关系，提出了QoE-QoS的实用映射关系，对频谱资源的分配按照用户的实际请求进行，使得频谱资源得到最大程度的利用。本发明通过综合考虑当前网络的实际状况和用户的实际请求，可以在系统吞吐量没有明显恶化的条件下，大幅度提高用户的体验值。

主权项

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|-1θ|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。