[发明专利]一种面向过程优化的多天线海域信息港协同资源调配方法

摘要

本发明涉及一种面向过程优化的多天线海域信息港协同资源调配方法，属于无线通信中无线资源分配技术领域，该方法包括：将所有用户的业务过程时长分解为若干时隙，根据系统中的约束条件，构建优化模型：根据优化模型，计算最大功率和最小业务量约束下该优化模型的最优解；得到的最优解P是否为可行解，若是可行解，则将P作为多天线海域信息港协同资源调配的结果：若不是，则使P逐步逼近可行解；得到海域信息港协同资源调配的结果。本发明利用航船的航线信息和用户的业务需求信息，以及海域信道的大尺度衰落特性，提高资源分配效率，以降低系统功耗，提升海上用户的宽带通信服务质量。

主权项

1.一种面向过程优化的多天线海域信息港协同资源调配方法，其特征在于，该协同资源调配为自适应地调整用户调度和功率分配；设一个多天线海域信息港系统的用户数量为K，编号为1,2,…,k…,K，第k个用户的业务量需求为进港时间为t_1k，离港时间为t_2k；该系统基站到各用户的信道相互独立，系统最多可同时服务N个用户，K≥N，系统对单个用户的最大发射功率为P_max；该系统中所有用户的业务过程时长为T，基站在t时刻对第k个用户的大尺度和小尺度信道衰落分别为β_k,t和h_k,t，h_k,t服从均值为0、方差为的复高斯分布，系统的噪声为加性高斯白噪声，方差为该方法包括以下步骤：1)将所有用户的业务过程时长分解为若干时隙，根据系统中的约束条件，构建优化模型：1‑1)首先利用先验的大尺度信道信息的慢变特性，将所有用户的业务过程时长T分解为M个用于进行用户调度和功率分配的时隙ΔT，T＝M·ΔT，M<T；则第k个用户的进港时隙离港时隙其中表示向上取整，表示向下取整；在每个时隙内，认为信道的大尺度衰落不变，得到第k个用户在第m个时隙的可达速率r_k,m及最大可达速率分别为：其中，P_k,m，m＝1,2,…,M；为系统在第m个时隙对第k个用户分配的功率，β_k,m为基站在第m个时隙对第k个用户的大尺度信道衰落；1‑2)构建由优化目标函数及约束条件组成的优化模型：优化目标函数是通过优化P_k,m，最小化系统在这M个时隙的总功耗令表示系统是否在第m个时隙对第k个用户分配资源进行数据传输；约束条件包括：a)基站天线的最大功率约束：P_k,m≤P_max；b)系统的时空频资源约束：即系统最多可同时服务N个用户；c)用户的业务量需求约束：即用户调度和功率分配结果必须满足不同用户对数据量的需求；得到如下优化模型：s.t.0≤P_k,m≤P_max2)根据步骤1)中所得优化模型，忽略系统可同时服务的最大用户数N，计算最大功率和最小业务量约束下该优化模型的最优解P：具体包括以下步骤：设S₀是由元素(k,m)组成的集合，(k,m)表示系统将第m个时隙分配给第k个用户，即δ_k,m＝1，P＝{P_k,m}^K×M为由P_k,m组成的矩阵；则对用户1到用户K，即k＝1:K，计算P的流程如下：2‑1)找到在所有尚未分配给该用户的时隙中，使其可达速率最大的时隙m*，即：找到2‑2)判断将时隙m*分配给用户k后，用户k的可达速率是否达到其业务量需求，即比较和的大小：当时：令作为最优解P，令S₀←S₀∪{(k,m^*)}，跳回步骤2‑1)；当时：令其中令S₀←S₀∪{(k,m^*)}，对第k+1个用户执行2‑1)；3)根据系统可同时服务的最大用户数N，检查步骤2)中得到的最优解P是否为可行解，若对任意m有P是可行解，则将P作为多天线海域信息港协同资源调配的结果：若存在m使得时，P不是可行解，则使P逐步逼近可行解；得到海域信息港协同资源调配的结果；具体包括以下步骤：对用户1到用户k，即k＝1:K，依次执行以下步骤：3‑1)对所有计算对所有(k,m₀)∈S₀，计算3‑2)根据步骤3‑1)中的计算结果，找到所有尚未配对的用户k*和时隙m*，使得将原来分配给k*的时隙m₀修改为m*后，对速率的影响最小，即其中3‑3)令S₀←S₀\{(k^*,m₀)},S₀←S₀∪{(k^*,m^*)}；3‑4)判断在步骤3‑2)中将原来分配给k*的时隙m₀修改为m*后，其可达速率是否达到其业务量需求，即比较和的大小：当时，循环执行以下操作：找到其中令S₀←S₀∪{(k^*,m^*)}；循环后再执行步骤3‑5)；当时，直接执行步骤3‑5)；3‑5)如果则令其中至此得到最终解P，P中的元素P_k,m表示系统在第m个时隙分配给用户k的功率，即功率分配结果；同时得到S₀，S₀中的元素(k,m)表示用户k在第m个时隙被调度，即系统将第m个时隙分配给第k个用户。