[发明专利]基于有源天线阵列模型的多播系统无线资源优化分配方法

摘要

本发明公开了一种基于有源天线阵列模型的多播系统无线资源优化分配方法，包括基于用户的位置信息以及当前时间段内统计到的视频请求信息，对用户进行聚类处理；根据用户聚类结果，根据每个用户群位置信息，计算出每个用户群中心位置水平方位角和垂直仰角；基站天线波束实现对用户群的精确对准；采用有源天线阵列的天线模型，确定基站到用户的信道增益模型；基于最大化吞吐量的目标，提出多播系统的载波资源分配模型；提出用户群分簇算法，根据用户群的位置信息，对用户群进行分簇处理；基于最大化吞吐量的载波分配算法。本发明提高了频谱效率、资源利用率、频谱效率、系统容量和用户的性能。

主权项

1.一种基于有源天线阵列模型的多播系统无线资源优化分配方法，其特征在于，所述基于有源天线阵列模型的多播系统无线资源优化分配方法包括：基于用户的位置信息以及当前时间段内统计到的视频请求信息，对用户进行聚类处理；根据用户聚类结果，根据每个用户群的位置信息，计算出每个用户群中心位置的水平方位角和垂直仰角；基站天线波束实现对用户群的精确对准；采用有源天线波束赋形模型，基站对每个用户群有一个特定波束，即对每个用户群设置一个特定的电子下倾角和垂直半功率带宽的波束，确定基站到用户的信道增益模型；基于最大化吞吐量的目标，提出多播系统的载波资源分配模型；具体包括：以总的吞吐量作为系统的效益U：其中D和F分别表示多播组和载波集合，表示用户群k中用户在载波n上获得的总数据传输速率，由：计算，其中B₀为载波的带宽，p^k为分配给用户群k的波束的传输功率，的含义表示用户群k中用户i在载波n上的信道增益，σ²为高斯白噪声的功率，α_n,k为载波使用指示因子，满足条件：αn,k＝{0,1},Dk∈D,n∈F条件α_n,k＝{0,1},D_k∈D,n∈F表示载波n分配给用户群k，则α_n,k＝1，否则α_n,k＝0，条件说明载波被全部使用，且一个载波被多个用户群复用；提出用户群分簇算法，根据用户群的位置信息，对用户群进行分簇处理；具体包括：基于图论的知识对用户群进行分簇，定义波束间的干扰图G＝(V,E)，其中V表示波束的集合，作为干扰图的顶点，E表示波束间的干扰系数，作为干扰图的边，定义指示函数e(vk,vm)(k≠m)指示波束k和波束m间的干扰：其中Ok和Om分别表示用户群k和用户群m的半径，rth表示两个波束间干扰忽悠不计的门限距离，另外，定义e(vk,vk)＝0，表示波束自身不存在干扰，根据指示函数，构建一个二值干扰矩阵：定义波束的干扰度：当dG(vk)＝0时，称vk为零度节点；分簇的具体步骤如下：步骤一，用顶点集合V构建干扰矩阵A_G，初始化迭代因子h＝1，孤立节点集合分簇集合节点集合步骤二，找到所有的零度节点vk，更新S＝S∪vk；剩余节点集合记为Φ1＝V‑S；步骤三，分簇：a)找节点k＝argmax(d_G(v_k))，令干扰矩阵的第k行、第k列为0，更新节点集合B_h＝B_h∩v_k；b)循环执行a)直到A_G＝0；c)更新Φ_h＝Φ_h‑B_h，则Φ_h为第h个簇；步骤四，用节点集合Bh重新构建AG≠0，更新节点集合Φh+1＝Bh，更新迭代因子h＝h+1，执行步骤(3)；如果AG＝0或者|Bh|＝1，如果|Bh|＝1，则Φh+1＝Bh；步骤五，将孤立节点集合S分配到最少节点的一簇中；经过用户群的分簇处理后，用户群D＝{D1,…,Dk,…,DC}经过分簇算法被划分为Φ＝{Φ1,…,Φh,…}，Φh表示第h个用户群簇，每个簇中的总的用户传输速率为：系统总的吞吐量为所有用户群簇的传输速率之和：其中为用户群簇Φ_h使用载波n的指示因子，相应的，满足的条件为：条件表示一个载波只能分配给一个用户群簇，同一簇中的用户群共享一个载波资源，不同簇中的用户群不可以复用；基于最大化吞吐量的载波分配算法。