[发明专利]一种基于蚁群算法的SCMA系统资源分配算法

说明书

本发明请求保护一种基于蚁群算法的资源分配算法，将原来的问题等价为一个求解最佳路径的问题，并使蚂蚁在信息素及启发式信息的指导下寻找最优的路径，那么这个最优的路径就是原问题的解。因为该算法具备正反馈和启发式的优点，所以可以使得算法可以通过相对较少的迭代次数得到一个较好的资源分配方案。仿真表明本发明提出的算法在达到一定的迭代次数后，算法收敛，此时系统的吞吐量达到最大值，且该算法相对于随机层分配算法来说能获得较好的系统吞吐量增益。

技术领域

本发明属于无线通信领域的资源分配领域，涉及到一种收敛块，吞吐量相对于随机层分配算法能获得较好的系统吞吐量的基于蚁群算法的资源分配算法。

背景技术

SCMA是由华为公司提出的一种新的非正交多址接入技术，把来自不同用户的输入比特流直接映射到相应的多维码本的码字上(每个码字代表一个扩频传输层)，从而实现多个SCMA层/码本占用相同的OFDMA的时频资源。由于SCMA 码字的稀疏性，因而接收端可以利用低复杂度的检测算法(Message Passing Algorithm,MPA)达到最优的检测性能。基于SCMA的资源分配问题就是研究怎么样为不同的用户分配层资源和功率。根据优化目标的不同，可以分为下面两种形式：一种是基于总发射功率最小化的问题，另一种是吞吐量最大化的问题。

目前针对述关于SCMA的研究尽管取得了一些成果，但是大多数都没有考虑信道条件，且在性能分析中用户大多数都是采用随机码本，功率分配方面只是采用简单的功率均分方式，这些都没有充分利用SCMA特性。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种能获得较好的系统吞吐量增益、迭代次数较少的基于蚁群算法的SCMA系统资源分配算法、。本发明的技术方案如下：

一种基于蚁群算法的SCMA系统资源分配算法，其首先将最大化SCMA系统吞吐量分配问题等价为一个求解最佳路径的问题，即将最大化SCMA系统吞吐量分配问题建模成一个二部图，所述二部图中多个边的集合组成一条可行路径，对于SCMA系统吞吐量问题的一种分配方案对应着一种解，而求该问题的最优解对应二部图中的一条最优路径；采用蚁群算法求解该最优路径：将蚂蚁随机的放在用户集上，让蚂蚁在信息素和启发式信息的引导下构建最优的路径，并按照求解的最优路径对应资源分配。

进一步的，所述最大化SCMA系统吞吐量分配问题为一个非凸优化问题，采用先对用户进行功率均分，再对用户进行层分配的方法来求解，所述层分配采用蚁群算法进行分配，对用户层分配完之后进行注水功率分配。

进一步的，所述层分配采用蚁群算法进行分配具体包括步骤：

步骤1：参数初始化，将Q只蚂蚁随机放在二部图用户集U上，并设置SCMA层集M用户集U之间的信息素τ_k,m及启发信息η_k,m的初始分布，N表示子载波总数；步骤2:每只蚂蚁按照一定的概率为用户选择层m，当蚂蚁位于用户k上时，按照公式(5)将层m分配给用户k

其中,是第q只蚂蚁可以将层m分配用户k的所有SCMA层，τ_k,m为SCMA层集 M用户集U之间的信息素，η_k,m为SCMA层集M和用户集U之间的启发信息，α,β为蚁群算法参数，取值为α＝1,β＝2；

步骤3：蚂蚁随机移动到下一个未分配SCMA层资源的用户上，重复步骤2；

步骤4：当所有蚂蚁遍历完所有用户时完成一次迭代，也就构成q个解，计算每个解，得系统吞吐量，选择吞吐量最大的那个解去更新信息素；

步骤5：如果迭代次数达到最大迭代次数T,或者所有蚂蚁构造的解一致，算法停止；

步骤6：对步骤5得到的最优解使用注水算法进行用户间的功率分配。