[发明专利]一种子信道调度与功率分配联合优化方法

权利要求书

1.一种子信道调度与功率分配联合优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)初始化参数，包括：协作多点聚类内基站集B，每个小区的移动用户集M，联合子信道集K，参考信道增益阈值V，每个基站的总发射功率P_s，信宿处噪声功率

(2)利用用户选择和偏好集排序算法得到信道增益矩阵、等效信道增益矩阵、参考数据速率，分别记为D_b、R_sum；采用二进制元素表示小区b的子信道k是否分配给用户j，表示小区b的子信道k分配给用户j的功率；

(3)利用联合子信道-用户匹配算法和注水功率法得到步骤(2)中的最优解；

所述步骤(1)还包括：

根据等效信道增益将每个小区的用户分为中心用户和边缘用户，分别用CCU和CEU表示；其中，中心用户为非CoMP用户，边缘用户为CoMP用户；

假设B个基站为一个CoMP聚类，则这个CoMP聚类内的全部联合基站实际调度的CoMP用户集为：CEU＝[CEU₁,CEU₂,...,CEU_B]；

每个CoMP基站实际调度的用户集为：U^(b)＝[CCU_b,CEU],b∈B；其中，CCU_b为小区b的中心用户集；

每个CoMP基站实际调度的用户数为：U_b＝card(U^(b))；

CoMP聚类内调度用户数最大的基站的总用户为：U＝max(U_b)；

所述步骤(2)包括：

假设表示小区b的子信道k上用户j的传输信号，S_j表示调度用户j的联合调度集，表示小区b的子信道k上用户j的信道系数，则小区b的子信道k上的传输信号在用户j接收端表示为：

其中，Ф_j表示用户j所受到的小区外干扰，表示叠加高斯白噪声，是信宿处噪声功率；

当card(S_j)＝1时，小区b的用户j是非CoMP用户，则用户j能消除上信道增益比自身信道增益小的其他用户所造成的内干扰，即其中，为第i个用户的白噪声功率，为第j个用户的白噪声功率；为小区b叠加多个用户传输的子信道k构成的联合子信道；

当card(S_j)1时，小区b的用户j是CoMP用户，则用户j能消除上信道增益比自身信道增益小的其他用户所造成的内干扰，即且外干扰

因此，M_j为用户j，当M_j∈CCU_b时，上用户j的和速率为：

其中，表示CCU_b的用户j在上所受到的内干扰，

表示用户j所受到的外干扰，

其中，表示的取值范围为协作多点聚类内基站集去除调度用户j的联合调度集之外的集合；

当M_j∈CEU时，上用户j的和速率为：

其中，表示CEU的用户j在上所受到的内干扰，

小区b的的和速率为：

引入一个K×U的联合子信道分配矩阵，K为联合子信道集中的子信道总数量；参考数据速率由CoMP聚类所有用户的和速率进行评估：

所述的最优解为：

设置最大化系统的整体和速率，优化问题转化为：

其中，目标函数为式(9a)，可知CoMP聚类的系统总和速率，即参考数据速率，由子信道和功率共同决定；式(9b)保证每个子信道最多叠加q_u个用户；式(9c)保证每个用户最多由q_l个子信道调度；式(9d)是目标函数的干扰项，所述优化问题为非凸优化问题；各用户功率系数满足式(9e)和(9f)；

所述步骤(2)的用户选择和偏好集排序算法包括以下步骤：

(2.1)基站广播获得信道增益矩阵表示为：

其中，D_b,m为小区b的第m个用户的参考信道增益，m＝1,...,M，M为小区b的移动用户集的用户总数量；

(2.2)CoMP用户划分：设置算法的参考信道增益阈值V，根据小区内各子信道与用户之间的信道增益对用户集进行划分；

如果max(D_b,j)≤V，则CEU_b＝{j}；否则，CCU_b＝{j}；基站以相同的参考功率发送信号，则小区b的用户j的信道增益可用等效参考增益表示；等效信道增益矩阵表示为：

其中，CEU_b为小区b的边缘用户集，为小区b的用户j的子信道k的信道增益；为小区b的第m个用户的等效参考增益，m＝1,...,M；

由式(2)、(5)和(11)求得分配相同的参考功率时各小区用户在不同子信道的数据速率集：

其中，为小区b的用户j的数据速率集；为小区b的用户j的子信道k的数据速率；

所述步骤(3)包括以下步骤：

(3.1)建立集合记录小区b中各子信道目前所匹配的用户；

(3.2)由和求得用户偏好集{P(U_b)}和联合子信道偏好集{P(K_b)}，即：

其中，U_b,j为小区b的用户j，{P(U_b,j)}为小区b的用户j的用户偏好集，j＝1,...,M；为小区b叠加多个用户传输的子信道k的联合子信道偏好集，k＝1,...,K；

(3.3)根据{P(U_b)}和{P(K_b)}判断每一轮相互选择的结果，更新和{P(U_b,j)}；

(3.4)功率分配使用注水功率算法为：

其中，P_k为子信道k的功率；

所述步骤(3.3)具体包括：

(a)输入{P(U_b)}，{P(K_b)}；

(b)建立集合记录小区b中各子信道目前所匹配的用户；

(c)子信道匹配过程：每个U_b,j∈U^(b)自荐给偏好集{P(U_b,j)}满意度最高的子信道：其中，为小区b的用户j的等效信道增益；{P(U_b,j)}为小区b的用户j的用户偏好集；

如果则选择的用户被保留；否则，从选择的用户中选择q_u个满意度最高的用户，更新

(d)判断是否调度自荐的边缘用户：如果选择了CEU_b中的U_b,j，则如果联合调度集S_j中的基站同时选择调度U_b,j，则保留U_b,j；否则，更新否则，下一步；

(e)更新子信道的偏好集和用户的偏好集：从中删除已经选择的U_b,j，更新如果则在{P(U_b,j)}中删除更新{P(U_b,j)}；否则，在{P(U_b,j)}中删除已经选择的U_b,j所对应偏好集序列，更新{P(U_b,j)}；

(f)判断是否满足算法的循环条件：如果或返回步骤(c)；否则，结束算法；

所述表示小区b的子信道k分配给用户j的功率，满足和其中，各个基站总发射功率相等。

2.根据权利要求1所述的一种子信道调度与功率分配联合优化方法，其特征在于，所述移动用户集中的各移动用户和所述基站集中各基站均为单天线。