CN103379627A - 一种资源分配的方法及系统、基站、移动台 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种资源分配的方法及系统、基站、移动台。本发明实施例方法包括：基站K在第t个调度时隙结束前，若接收到移动台N反馈的变量，则利用所述变量及部分随机梯度算法更新发送功率和速率的分配方式，得到功率分配函数和速率分配函数；在第t+1个调度时隙开始后，所述基站K将获取到的当前调度时隙的队列状态信息QSI和发送端信道状态信息CSIT带入所述功率分配函数和速率分配函数，得到第t+1个调度时隙公共数据流的发送功率和发送速率，及私有数据流的发送功率和发送速率；在第t+1个调度时隙内，按所述发送功率和发送速率发送对应的公共数据流和私有数据流。

Description

一种资源分配的方法及系统、基站、移动台

技术领域

本发明涉及移动通信领域，尤其涉及一种资源分配的方法及系统、基站、移动台。

背景技术

无线通信技术在过去的十几年间，经历了巨大的变革和改进，但对于无线系统设计来说，如何消除或者减少干扰的影响则是一项持续的挑战。

在现有技术中，根据回程(backhaul)的需求程度不同，可将无线系统干扰中和的技术分为两类，即协同多输入多输出(Coordinated MIMO，Coordinated Multiple-Input Multiple-Output)技术和合作多输入多输出(Cooperative MIMO，Cooperative Multiple-Input Multiple-Output)技术，在协同MIMO技术中，信道状态信息(CSI，Channel State Information)在多个发送端之间共享，用户数据信息并不共享；而在合作MIMO技术中，需要通过回程间的传输来共享用户数据信息以及CSI。可以发现，有用户数据信息共享的合作MIMO方式，性能要好于没有用户数据给你共享的协同MIMO方式，然而，为了实现节点间的数据共享和合作传输，需要相当大的回程容量开销，该回程容量开销将超出系统的回程容量的限制。

此外，现有技术都假设发送端有无限长的缓存空间来堆放用户数据信息，且所传输的数据均属于时延不敏感业务，而在实际中，应用业务通常具有突发到达的特性，且多为时延敏感业务，因此，在无线系统的动态算法中，考虑业务的突发性到达以及对时延的要求是非常重要的。

而且，在实际系统中，发送端CSI会由于有噪反馈(反馈信道有噪声，造成CSI反馈不一定完全准确)、有限反馈(反馈信道容量受限，造成CSI的部分损失)、或反馈迟滞性(CSI反馈时间点与CSI使用时间点不同)等原因变得不精确，由CSI不精确会导致发送端所看到的瞬时互信息的不确定性，从而导致误包率。

发明内容

本发明实施例提供了一种资源分配的方法及系统、基站、移动台，用于基站为每个调度时隙的公共数据流和私有数据流分配发送功率和发送速率，能够得到最优化的系统时延特性，且能够有效的解决非精确CSI带来的影响，及能够实现在满足系统回程容量限制及平均功率限制的要求下，最小化功率和回程容量的开销的目的。

本发明实施例公开的资源分配方法包括：

基站K在第t个调度时隙结束前，若接收到移动台N反馈的变量，则利用变量及部分随机梯度算法更新发送功率和速率的分配方式，得到功率分配函数和速率分配函数，变量是移动台N基于基站K在第t个调度时隙发送公共数据流和私有数据流的速率及回程容量得到的；

在第t+1个调度时隙开始后，基站K将获取到的当前调度时隙的队列状态信息QSI和发送端信道状态信息CSIT带入功率分配函数和速率分配函数，得到第t+1个调度时隙公共数据流的发送功率和发送速率，及私有数据流的发送功率和发送速率；

在第t+1个调度时隙内，按发送功率和发送速率发送对应的公共数据流和私有数据流。

本发明实施例中的资源分配方法包括：

移动台N接收基站K发送的公共数据流和私有数据流；

对公共数据流和私有数据流进行去相关处理；

根据去相关处理后的公共数据流和私有数据流计算回程容量；

利用回程容量及基站K的发送速率确定变量，将变量反馈给基站K，使得基站k利用变量更新发送功率和速率的分配方式。

本发明实施例中的基站包括：

第一更新单元，用于在第t个调度时隙结束前，若接收到移动台N反馈的变量，则利用变量及部分随机梯度算法更新发送功率和速率的分配方式，得到功率分配函数和速率分配函数，变量是移动台N基于基站K在第t个调度时隙发送公共数据流和私有数据流的速率及回程容量得到的；

计算单元，用于在第t+1个调度时隙开始后，将获取到的当前调度时隙的队列状态信息QSI和发送端信道状态信息CSIT带入功率分配函数和速率分配函数，得到第t+1个调度时隙公共数据流的发送功率和发送速率，及私有数据流的发送功率和发送速率；

发送单元，用于在第t+1个调度时隙内，按发送功率和发送速率发送对应的公共数据流和私有数据流。

本发明实施例中的移动台包括：

接收单元，用于接收基站K发送的公共数据流和私有数据流；

去相关处理单元，用于在接收单元接收到公共数据流和私有数据流之后，对公共数据流和私有数据流进行去相关处理；

回程容量计算单元，用于在去相关处理单元进行了去相关处理之后，根据去相关处理后的公共数据流和私有数据流计算回程容量；

处理单元，用于在回程容量计算单元得到回程容量之后，利用回程容量及基站K的发送速率确定变量，将变量反馈给基站K，使得基站k利用变量更新发送功率和速率的分配方式。

本发明实施例中的资源分配系统包括：基站及移动台。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

在第t个调度时隙结束时，利用移动台N反馈的变量及随机梯度更新算法更新速率和功率的分配方式，得到功率分配函数和速率分配函数，并在第t+1个调度时隙时，将第t+1个调度时隙的QSI和CSIT带入得到的功率分配函数和速率分配函数，得到第t+1个调度时隙公共数据流和私有数据流对应的发送功率和发送速率，按该发送功率和发送速率发送公共数据流和私有数据流，其中，通过将第t+1个调度时隙的QSI和CSIT带入功率分配函数和速率分配函数，考虑了业务的突发性到达以及对时延的要求，能够得到最优化的系统时延特性，此外，由于该第t+1个调度时隙的功率分配函数和速率分配函数是在第t个调度时隙利用移动台N反馈的变量得到的，部分随机梯度算法在每个调度时隙更新功率和速率的分配方式，能够有效的解决非精确CSI带来的影响，及能够实现在满足系统回程容量限制及平均功率限制的要求下，最小化功率和回程容量的开销的目的。

附图说明

图1为本发明实施例中两基站联合MIMO传输的下行系统的架构图；

图2为本发明实施例中资源分配方法的实施例的一个示意图；

图3为本发明实施例中资源分配方法的实施例的另一示意图；

图4为本发明实施例中资源分配方法的实施例的另一示意图；

图5为本发明实施例中基站的实施例的一个示意图；

图6为本发明实施例中基站的实施例的另一示意图；

图7为本发明实施例中移动台的实施例的一个示意图；

图8为本发明实施例中资源分配系统的一个示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种资源分配的方法及系统、基站、移动台，用于基站对每个调度时隙的公共数据流和私有数据流进行功率和速率分配，能够得到最优化的系统时延特性，且能解决非精确CSI带来的影响，及实现在满足系统回程容量限制及平均功率限制的要求下，最小化功率和回程容量的开销的目的。

请参阅图1，为本发明实施例中的两基站联合MIMO传输的下行系统，其中，每个基站有M根天线，有对应的目标接收移动台(Mobile Station，MS)每个移动台上带有N根天线，其中，M/2＜N≤M，两个基站间通过具有容量限制的双向回程链路连接，每个方向上可传输有限容量的数据。基站K和基站N对应的目标接收MS分别是移动台N和移动台K，该基站K和基站N分别称作移动台N和移动台K的主服务基站，每个主服务基站针对其对应的每个移动台的业务流，维护一个具有突发业务特性的业务队列。

在本发明实施例中，将介绍公共数据流和私有数据流的发送功率分配以及速率分配，在每个调度时隙开始时，基站K将根据获取到的的当前调度时隙的系统信息

决定公共数据流和私有数据流分配的发送功率和发送速率。

在本发明实施例中，功率分配要满足每个基站的平均功率限制：

$\lim \underset{T\→\∞}{\sup }\frac{1}{T}\underset{t=1}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}E\left[P_k\left(t\right)\right]\≤P_k^0$

其中，

是系统预先设置的平均功率限制值，P_k(t)是基站K在第t个调度时隙的功率消耗，且可按以下公式进行计算得到：

$P_k\left(t\right)=P_k^{\mathrm{tx}}+P_{\mathrm{cct}}1(P_k^{\mathrm{tx}}>0);$ 公式(1)

在公式(1)中，

是基站K的总的发送功率，P_cct是指电路功率，与发送速率无关，且是恒定值，1(·)是指示函数。

在本发明实施例中，速率分配需要满足平均回程速率限制：

$\lim \underset{T\→\∞}{\sup }\frac{1}{T}{\mathrm{\Σ}}_{t=1}^{T}E\left[R_{(k,c)}\left(t\right)\right]\≤C_k^0;$ 公式(2)

在公式(2)中，R_(k，c)(t)是在第t个调度时隙分配给公共数据流的发送速率。

下面将详细介绍本发明的技术方案，请参阅图2，为本发明实施例中，一种资源分配的方法的实施例，包括：

201、基站K在第t个调度时隙结束前，若接收到移动台N反馈的变量，则利用变量及部分随机梯度算法更新发送功率和速率的分配方式，得到功率分配函数和速率分配函数，变量是移动台N基于基站K在第t个调度时隙发送公共数据流和私有数据流的速率及回程容量得到的；

在本发明实施例中，基站以一个调度时隙为单位进行资源分配，分配每一个调度时隙基站发送公共数据流和私有数据流的速率及功率。

基站K在第t个调度时隙结束前，若接收到移动台N反馈的变量，则利用该变量及部分随机梯度算法更新发送功率和速率的分配方式，得到功率分配函数和速率分配函数，其中，基站K是移动台N的主服务基站。

在本发明实施例中，变量是移动台N基于基站K在第t个调度时隙发送公共数据流和私有数据流的速率及回程容量得到的，其中，公共数据流是指在基站K和基站N之间共享的数据流，将会同时被两个基站一起发送，私有数据流是指不在基站间共享的，由基站单独发送的数据流。

在本发明实施例中，部分随机梯度更新算法是一种用于更新基站的发送功率和速率的分配函数的算法，是一种学习型算法。

202、在第t+1个调度时隙开始后，基站K将获取到的当前调度时隙的QSI和CSIT带入功率分配函数和速率分配函数，得到第t+1个调度时隙公共数据流的发送功率和发送速率，及私有数据流的发送功率和发送速率；

在本发明实施例中，在第t个调度时隙结束，第t+1个调度时隙开始后，基站K将获取到的当前调度时隙的QSI和CSIT带入功率分配函数和速率分配函数，得到第t+1个调度时隙公共数据流的发送功率和发送速率，及私有数据流的发送功率和发送速率。

在本发明实施例中，若基站处于频分双工(Frequency Division Duplexing，FDD)系统，则移动台N将估计与基站K之间的信道质量，并将估计得到的CSI发送给基站K；若基站处于时分双工(Time Division Duplexing，TDD)系统，基站K将估计与移动台N之间到信道质量，作为移动台N的CSIT，且该估计值还可以与基站N共享。

203、在第t+1个调度时隙内，按所述发送功率和发送速率发送对应的公共数据流和私有数据流。

在第t+1个调度时隙内，基站K按照发送功率和发送速率发送对应的公共数据流和私有数据流。

在本发明实施例中，在第t个调度时隙结束时，利用移动台N反馈的变量及随机梯度更新算法更新速率和功率的分配方式，得到功率分配函数和速率分配函数，并在第t+1个调度时隙时，将第t+1个调度时隙的QSI和CSIT带入得到的功率分配函数和速率分配函数，得到第t+1个调度时隙公共数据流和私有数据流对应的发送功率和发送速率，按该发送功率和发送速率发送公共数据流和私有数据流，其中，通过将第t+1个调度时隙的QSI和CSIT带入功率分配函数和速率分配函数，考虑了业务的突发性到达以及对时延的要求，能够得到最优化的系统时延特性，此外，由于该第t+1个调度时隙的功率分配函数和速率分配函数是在第t个调度时隙利用移动台N反馈的变量得到的，部分随机梯度算法在每个调度时隙更新功率和速率的分配方式，能够有效的解决非精确CSI带来的影响，及能够实现在满足系统回程容量限制及平均功率限制的要求下，最小化功率和回程容量的开销的目的。

为了更好的理解本发明实施例中的技术方案，请参阅图2，为本发明实施例中资源分配方法的实施例，包括：

301、基站K在第t个调度时隙结束前，若接收到移动台N反馈的变量，则利用变量及部分随机梯度算法更新发送功率和速率的分配方式，得到功率分配函数和速率分配函数，变量是移动台N基于基站K在第t个调度时隙发送公共数据流和私有数据流的速率及回程容量得到的；

在本发明实施例中，在第t个调度时隙内，基站K将向移动N发送公共数据流和私有数据流，其中，每个调度时隙的公共数据流和私有数据流的数量满足以下限制，从而使得迫零算法可实现，限制条件如下：

d_(k，p)≥M-N and d_(k，p)+d_(k，c)+d_(n，p)≤M，

and n≠k    公式(3)

在公式(3)中，d_(k，p)为当前调度时隙的私有数据流的个数，d_(k，c)为当前调度时隙的公共数据流的个数，为基站N发送给基站K的私有数据流的个数，M为基站K的天线数，N为移动台N的天线数。

根据上述的限制条件可知：公共数据流和私有数据流的个数的约束只取决于发送端和接收端天线数的限制，是比较静态的，基站K可以知道明确的限制，从而根据天线数量，确定每个调度时隙私有数据流的个数和公共数据流的个数，具体的，每个调度时隙的公共数据流的个数和私有数据流的个数可以作为系统信息在系统初始化的时候预置。若需要调整每个调度时隙私有数据流和公共数据流的个数，可通过系统信息更新实现，且更新之后还需要通知相邻小区。

在本发明实施例中，基站K在向移动台N发送公共数据流和私有数据流之后，接收该公共数据流和私有数据流的移动台N将基于基站K发送数据流的速率及回程容量得到变量Z_k，并将得到的变量Z_k反馈给基站K，

其中，变量Z_k可表示为：

Z_k＝{G_(n，c)，S_(n，c)，G_(n，p)，S_(n，p)}；    公式(4)

在公式(4)中，变量Z_k的各参数按以下方式计算得到：

$G_{(n,c)}=1(R_{(k,c)}\≤C_{(n,c)}),S_{(n,c)}=1\left(\right|R_{(k,c)}-C_{(n,c)}|\≤\frac{2}{\mathrm{\η}})$

$G_{(n,c)}=1(R_{(k,c)}\≤C_{(n,c)}),S_{(n,c)}=1\left(\right|R_{(k,c)}-C_{(n,c)}|\≤\frac{2}{\mathrm{\η}}),$ 公式(5)

在公式(5)，R_(k，c)为发送公共数据流的总的速率，R_(k，p)为发送私有数据流的总的速率，η表示预置的数值，为一个大于0的常量，C_(n，c)为公共数据流的总的回程容量，C_(n，p)为私有数据流的中的回程容量。

在本发明实施例中，基站K在第t个调度时隙结束前，若接收到移动台N反馈的变量Z_k，则将利用该变量及部分随机梯度算法更新发送功率和速率的分配方式，得到功率分配函数和速率分配函数，且在第t个调度时隙更新得到的功率分配函数和速率分配函数将用于确定第t+1个调度时隙的公共数据流的发送功率和私有数据流的发送功率。

其中，部分随机梯度算法为：

$P_{(k,p)}^{i,t+1}\left({\widehat{\mathrm{\χ}}}_{(k,t+1)}\right)={[P_{(k,p)}^{i,t}\left({\widehat{\mathrm{\χ}}}_{(k,t)}\right)-{\mathrm{\κ}}_v\left(t\right)({\mathrm{\γ}}_{(k,P)}^t+{\mathrm{\γ}}_{(k,P)}^t{P}_{\mathrm{cct}}\frac{{\∂f}^{\mathrm{\η}}(0,P_k^{\mathrm{tx}})}{\∂P_{(k,p)}^{i,t}}+\frac{{\∂g}_k^{\widehat{\mathrm{\χ}}}\left((P\left(t\right),R_k\left(t\right),H\left(t\right)\right)}{{\∂P}_{(k,p)}^{i,t}})]}^{+}$

$R_{(k,p)}^{t+1}\left({\widehat{\mathrm{\χ}}}_{(k,t+1)}\right)={\left[R_{(k,p)}^t\left({\widehat{\mathrm{\χ}}}_{(k,t)}\right)-{\mathrm{\κ}}_v\left(t\right)\frac{{\∂g}_k^{\widehat{\mathrm{\χ}}}\left((P\left(t\right),R_k\left(t\right),H\left(t\right)\right)}{{\∂R}_{(k,p)}^t}\right]}^{+}$

$P_{(k,c)}^{i,t+1}\left({\widehat{\mathrm{\χ}}}_{(k,t+1)}\right)={[P_{(k,c)}^{i,t}\left({\widehat{\mathrm{\χ}}}_{(k,t)}\right)-{\mathrm{\κ}}_v\left(t\right)({\mathrm{\γ}}_{(k,P)}^t+{\mathrm{\α}}_{(k,k)}^i+{\mathrm{\γ}}_{(n,P)}^t{\mathrm{\α}}_{(k,n)}^i+{\mathrm{\γ}}_{(k,P)}^t{P}_{\mathrm{cct}}\frac{{\∂f}^{\mathrm{\η}}(0,P_k^{\mathrm{tx}})}{\∂P_{(k,c)}^{i,t}}+\frac{{\∂g}_k^{\widehat{\mathrm{\χ}}}\left((P\left(t\right),R_k\left(t\right),H\left(t\right)\right)}{{\∂P}_{(k,c)}^{i,t}})]}^{+}$

$R_{(k,c)}^{t+1}\left({\widehat{\mathrm{\χ}}}_{(k,t+1)}\right)={\left[R_{(k,c)}^t\left({\widehat{\mathrm{\χ}}}_{(k,t)}\right)-{\mathrm{\κ}}_v\left(t\right)({\mathrm{\γ}}_{(k,C)}^t+\frac{{\∂g}_k^{\widehat{\mathrm{\χ}}}\left((P\left(t\right),R_k\left(t\right),H\left(t\right)\right)}{{\∂R}_{(k,c)}^t})\right]}^{+}$

公式(6)

在公式(6)中，t表示为第t个调度时隙，k表示为基站K，p表示私有数据流，c表示公共数据流，i表示第i个公共数据流或者第i个私有数据流；

是基站K的总的发送功率，为第t+1个调度时隙私有数据流的功率分配函数，

为第t+1个调度时隙公共数据流的功率分配函数，为第t+1个调度时隙私有数据流的速率分配函数，

为第t+1个调度时隙公共数据流的速率分配函数，

第t个调度时隙私有数据流的功率分配函数，

为第t个调度时隙公共数据流的功率分配函数，

为第t个调度时隙私有数据流的速率分配函数，为第t个调度时隙公共数据流的速率分配函数；

其中，

为第t个调度时隙基站k的局部系统状态信息，为第t个调度时隙的CSIT，Q_(k，t)为第t个调度时隙的QSI；

其中， ${\mathrm{\α}}_{(k,k)}^i=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\left|{\left[V_{(k,c)}\right]}_{((k-1)M+m,i)}\right|}^2,$ ${\mathrm{\α}}_{(k,n)}^i=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\left|{\left[V_{(k,c)}\right]}_{((n-1)M+m,i)}\right|}^2,$ 其中[X]_(m，n)表示矩阵X第(m，n)个元素；M是发送天线数，m代表第m个天线，n表示基站N；

其中，κ_v(t)为第t个调度时隙的更新步长，

表示第t个调度时隙的私有数据流的拉格朗日乘子，P_cct是电路损耗功率，

为代价函数，该代价函数和

的偏导的值与变量Z_k有关。

其中，

的表达式如下：

$g_k^{\widehat{\mathrm{\χ}}}(P\left(t\right),R_k\left(t\right),H\left(t\right))={\stackrel{\‾}{f}}_{(k,c)}^{\mathrm{\η}}{\stackrel{\‾}{f}}_{(k,p)}^{\mathrm{\η}}{\tilde{V}}_k\left(Q_k\right)+{\stackrel{\‾}{f}}_{(k,c)}^{\mathrm{\η}}{f}_{(k,p)}^{\mathrm{\η}}{\tilde{V}}_k(Q_k-\mathrm{W\τ}{R}_{(k,p)})$

$+f_{(k,c)}^{\mathrm{\η}}{\stackrel{\‾}{f}}_{(k,p)}^{\mathrm{\η}}{\tilde{V}}_k(Q_k-\mathrm{W\τ}{R}_{(k,c)})+f_{(k,c)}^{\mathrm{\η}}{f}_{(k,p)}^{\mathrm{\η}}{\tilde{V}}_k(Q_k-\mathrm{W\τ}{R}_k)$ 公式(7)

在公式(7)中，

该

是对于一些给定较大常值η＞0(e.g.，η＝50)的逻辑函数，其中，

$f_{(k,p)}^{\mathrm{\η}}=f^{\mathrm{\η}}(R_{(k,p)},C_{(k,p)});$

${\stackrel{\‾}{f}}_{(k,c)}^{\mathrm{\η}}=1-f_{(k,c)}^{\mathrm{\η}};$

${\stackrel{\‾}{f}}_{(k,p)}^{\mathrm{\η}}=1-f_{(k,p)}^{\mathrm{\η}};$

且

是相对于a_k的部分梯度，它是局部每流势

的函数，且

其中参数具体的公式为：

$f_{(k,v)}^{\mathrm{\η}}\≈G_{(k,v)};$ ${\mathrm{\ζ}}_{(k,v)}^R=\frac{{\∂f}_{(k,v)}^{\mathrm{\η}}}{{\∂R}_{(k,v)}}\≈-\frac{\mathrm{\η}}{5}{S}_{(k,v)};$ ${\mathrm{\ζ}}_{(k,v)}^{i,P}=\frac{{\∂f}_{(k,v)}^{\mathrm{\η}}}{\∂P_{(k,v)}^i}\≈\frac{\mathrm{\η}}{5}{S}_{(k,v)};$ v∈{c，p}

且，其中：

$G_{(k,c)}=1(R_{(k,c)}\≤C_{(k,c)}),S_{(k,c)}=1\left(\right|R_{(k,c)}-C_{(k,c)}|\≤\frac{2}{\mathrm{\η}})$

$G_{(k,p)}=1(R_{(k,p)}\≤C_{(k,p)}),S_{(k,p)}=1\left(\right|R_{(k,p)}-C_{(k,p)}|\≤\frac{2}{\mathrm{\η}})$ 公式(5)

因此，代价函数

和

的偏导的值与变量Z_k有关。

在实际应用中，可根据变量Z_k确定部分随机梯度算法中代价函数

的值，实现对功率分配方式和速率分配方式的更新，得到更新后的功率分配函数和速率分配函数。

需要说明的是，在本发明实施例中，在第t个调度时隙结束前，基站K可根据当前调度时隙的QSI和CSIT对势函数和拉格朗日乘子进行更新，更新后的势函数和拉格朗日乘子可用于第t+1个调度时隙内，计算功率分配函数和速率分配函数，即在第t+1个调度时隙内，基站K将接收到的移动台N反馈的变量带入随机梯度算法中得到功率分配函数和速率分配函数时，该随机梯度算法中的势函数和拉格朗日乘子为第t个调度时隙结束前，更新得到的势函数和拉格朗日乘子。

具体的，在第t个调度时隙结束前，基站K根据当前调度时隙的QSI和CSIT更新势函数的方式为：

${\tilde{V}}_k^{t+1}\left({\tilde{Q}}_k\right)={\tilde{V}}_k^t\left({\tilde{Q}}_k\right)+{\mathrm{\κ}}_v\left(t\right)[g_k({\mathrm{\γ}}_k,{\widehat{\mathrm{\χ}}}_k,P_k^{*},R_k^{*})+{\tilde{V}}_k^t(Q_k-U_k^{*})-{\tilde{V}}_k^t\left({\tilde{Q}}_k^0\right)-{\tilde{V}}_k^t\left({\tilde{Q}}_k\right)];$ 公式(8)

在公式(8)中，为第t+1个调度时隙的势函数，为第t调度时隙的势函数，κ_v(t)为第t个调度时隙的势函数的更新步长，

是第t个调度时隙的代价函数；

其中，

表示在t-1个调度时隙结束时的QSI，A_k表示在第t个调度时隙到达的数据流，N_Q表示QSI的最大值；

其中，

为速率的最小值，W代表带宽，τ代表时隙长度。

在本发明实施例中，在第t个调度时隙结束前，基站K根据当前调度时隙的QSI和CSIT更新拉格朗日乘子的方式为：

${\mathrm{\γ}}_{(k,P)}^{t+1}={[{\mathrm{\γ}}_{(k,P)}^t+{\mathrm{\κ}}_{\mathrm{\γ}}\left(t\right)(P_k\left(t\right)-P_k^0)]}^{+}$

${\mathrm{\γ}}_{(k,C)}^{t+1}={[{\mathrm{\γ}}_{(k,C)}^t+{\mathrm{\κ}}_{\mathrm{\γ}}\left(t\right)(R_{(k,c)}\left(t\right)-C_k^0)]}^{+}$ ；公式(9)

在公式(9)中，

表示第t+1个调度时隙的私有数据流的拉格朗日乘子，

表示第t个调度时隙的私有数据流的拉格朗日乘子，κ_γ(t)表示第t调度时隙的更新步长，P_k(t)是第t个调度时隙的数据流的总的发送功率，

是系统预置的平均功率限制值，

表示第t+1个调度时隙的公共数据流的拉格朗日乘子，

表示第t个调度时隙的公共数据流的拉格朗日乘子，R_(k，c)(t)是第t个调度时隙的总的发送速率，是预置的平均回程速率限制值。

302、在第t+1个调度时隙开始后，基站K将获取到的当前调度时隙的QSI和CSIT带入功率分配函数和速率分配函数，得到第t+1个调度时隙公共数据流的发送功率和发送速率，及私有数据流的发送功率和发送速率；

在本发明实施例中，在第t个调度时隙开始后，基站K将获取到的当前调度时隙的QSI和CSIT带入功率分配函数和速率分配函数，得到第t+1个调度时隙更能够给数据流的发送功率和发送速率，及私有数据流的发送功率和发送速率，其中功率分配函数和速率分配函数是指步骤301中更新后的功率分配函数和速率分配函数。

在本发明实施例中，得到第t+1个调度时隙公共数据流的发送功率和发送速率、及私有数据流的发送功率和发送速率的方式为：

$P_{(k,p)}^{i,t+1}=P_{(k,p)}^{i,t+1}\left({\widehat{\mathrm{\χ}}}_{(k,t+1)}\right)$

$R_{(k,p)}^{t+1}=R_{(k,p)}^{t+1}\left({\widehat{\mathrm{\χ}}}_{(k,t+1)}\right)$

$P_{(k,c)}^{i,t+1}=P_{(k,c)}^{i,t+1}\left({\widehat{\mathrm{\χ}}}_{(k,t+1)}\right);$ 公式(10)

$R_{(k,c)}^{t+1}=R_{(k,c)}^{t+1}\left({\widehat{\mathrm{\χ}}}_{(k,t+1)}\right)$

在公式(10)中，为第t+1个调度时隙私有数据流的发送功率，为第t+1个调度时隙公共数据流的发送功率，为第t+1个调度时隙私有数据流的发送速率，

为第t+1个调度时隙公共数据流的发送速率，

为第t+1个调度时隙私有数据流的功率分配函数，

为第t+1个调度时隙公共数据流的功率分配函数，为第t+1个调度时隙私有数据流的速率分配函数，

为第t+1个调度时隙公共数据流的速率分配函数，

其中，

为第t+1调度时隙的CSIT，Q_(k，t+1)为第t+1调度时隙的QSI。

303、根据CSIT，基站K基于正交基和奇异值分解预编码方式对第t+1个调度时隙的公共数据流和私有数据流进行预编码处理；

在本发明实施例中，基站K为第t+1个调度时隙的公共数据流和私有数据流分配发送功率和发送速率之后，将根据基站K当前调度时隙的CSIT，且基于正交基和奇异值分解预编码方式对第t+1个调度时隙的公共数据流和私有数据流进行预编码处理。

在本发明实施例对，对公共数据流进行预编码处理的方式为：

$V_{(k,c)}={\tilde{V}}_n^{\left(0\right)}{F}_{(k,c)},\∀\mathrm{kandk}\≠n$ 公式(11)

在公式(11)中，V_(k，c)为基站K的公共数据流的联合预编码矩阵，

为移动台N的CSIT的值H_n的零空间的正交基，F_(k，c)为移动台N的CSIT值的零空间正交基

与移动台K的CSIT值H_k的奇异值分解。

其中，

公式(12)

在公式(12)中，

中的特征值在对角线上以降序排列，因此，公共数据流x_(n，c)是在相对于第n个用户来说主导的特征模式下传输的。

在本发明实施例中，如果基站K侧有剩余的自由度，即M＞N，则基站端预编码向量

可用来消除移动台N侧，由M-N个私有数据流

带来的干扰，具体的，基站K对私有数据流进行预编码处理时需要分成两部分处理，即对前M-N个私有数据流进行预编码处理的方式为：

$[v_{(k,p)}^1,\·\·\·,v_{(k,p)}^{M-N}]={\tilde{V}}_{\mathrm{nk}}^{\left(0\right)}{F}_{(k,z)},;$ 公式(13)

对基站K剩余的d_(k，p)-(M-N)个私有数据流进行预编码处理的方式为：

$[v_{(k,p)}^{M-N+1},\·\·\·,v_{(k,p)}^{d_{(k,p)}}]=[{\stackrel{\‾}{v}}_{\mathrm{kk}}^1,\·\·\·,{\stackrel{\‾}{v}}_{\mathrm{kk}}^{d_{(k,p)}-(M-N)}]$ 公式(14)

其中，M为基站K的天线数，N为移动台N的天线数，d_(k，p)为基站K私有数据流的总个数。

在公式(13)中，

的列向量来自移动台N到基站K的CSIT的零空间正交基

F_(k，z)，是由

奇异值分解决定的，即其中在

中对角线上的特征值按降序排列。

在公式(14)中，对基站K剩余的d_(k，p)-(M-N)个私有数据流得预编码矢量的

选择原则是最大化接收端(移动台N)私有数据流信号

的信干噪比，其中，

是来自

的奇异值分解，即

且

中的特征值在对角线上以降序排列。

需要说明的是，在本发明实施例中，若基站K侧使用了公式(11)至公式(14)中的方法对公共数据流和私有数据流进行了预编码处理，移动台N侧则将使用与预编码处理方式对应的去相关处理方式对接收到的公共数据流和私有数据流进行去相关处理。

下面将详细描述移动台N侧的去相关处理方式。

在本发明实施例中，移动台N需要检测到所有需要的数据流，包括公共数据流x_(k，c)和私有数据流x_(k，p)，其中，x_(k，c)表示基站K和基站N传输给移动台N的公共数据流，x_(k，p)表示基站K传输给移动台N的的私有数据流。

在本发明实施例中，令

和

分别表示公共数据流x_(k，c)和私有数据流x_(k，p)的去相关器，由于公式(1)所带来的限制条件，移动台N侧需要有足够的自由度来消除从基站K到移动台N的私用数据流

具体的处理方式如下：

为了检测第i个公共数据流，移动台N的去相关处理方式为：

公式(15)

在公式(15)中，

的列向量的组成

即零空间的基本正交基，

类似的，为了检测第i个私有数据流，移动台N的去相关处理方式为：

公式(16)

在公式(16)中，

的列向量

组成了，即零空间的标准正交基，且

304、选择编码调制方式，使得选择的编码调制方式产生的速率小于或等于发送速率；

在本发明实施例中，基站K在对公共数据流和私有数据流进行预编码处理之后，将选择编码调制方式(MCS)，使得选择的编码调制方式产生的速率小于或等于发送速率。

305、利用所选择的编码调制方式对预编码处理后的公共数据流和私有数据流进行编码调制；

306、按照发送功率将编码调制后的公共数据流和私有数据流发送给移动台N。

在本发明实施例中，基站K将利用所选择的编码调制方式对预编码处理后的公共数据流和私有数据流进行编码调制，并按照发送功率将编码调制后的公共数据流和私有数据流发送个移动台N。

在本发明实施例中，通过将第t+1个调度时隙的QSI和CSIT带入功率分配函数和速率分配函数，考虑了业务的突发性到达以及对时延的要求，能够得到最优化的系统时延特性，同时，由于该第t+1个调度时隙的功率分配函数和速率分配函数是在第t个调度时隙利用移动台N反馈的变量得到的，采用了部分随机梯度算法在每个调度时隙更新功率和速率的分配方式，且该部分随机梯度算法中使用的势函数和拉格朗日乘子为上一个调度时隙更新后的势函数和拉格朗日乘子，能够有效的解决非精确CSI带来的影响，及能够实现在满足系统回程容量限制及平均功率限制的要求下，最小化功率和回程容量的开销的目的，此外，本发明实施例中将采用基于正交基和奇异值分解的预编码处理方式对公共数据流和私有数据流进行预编码处理，能够有效的提高系统的自由度，改善系统的性能。

图2及图3所示的实施例是在基站K侧资源分配的方法，下面将描述移动台N侧资源分配的方法，请参阅图4，为本发明实施例中，一种资源分配的方法的实施例，包括：

401、移动台N接收基站K发送的公共数据流和私有数据流；

在本发明实施例中，基站K在每个调度时隙将按确定的发送功率和发送速率向移动台N发送公共数据流和私有数据流，移动台N将接收到基站K发送的公共数据流和私有数据流。

402、对公共数据流和私有数据流进行去相关处理；

在本发明实施例中，移动台N将对接收到的公共数据流和私有数据流进行去相关处理。

需要说明的是，本发明实施例中移动台N侧的去相关处理方式与基站K侧的预编码处理方式对应。

若基站K侧是基于正交基与奇异值分解的方式对公共数据流和私有数据流进行了预编码处理，则在移动台侧将按照以下的方式进行去相关处理，具体为：

按以下方式对公共数据流进行去相关处理：

公式(15)

按以下方式对所述私有数据流进行去相关处理：

公式(16)

其中，

表示第i个去相关后的公共数据流，

表示第i个去相关后的公共数据流，表示移动台N的有效吞吐量，H_nk表示移动台N与基站K之间的信道状态信息CSIT，

为移动台N接收到的的第i个公共数据流，ψ表示

也就是让

的模归一化。

403、根据去相关处理后的公共数据流和私有数据流计算回程容量；

在本发明实施例中，移动台N将根据去相关处理后的公共数据流和私有数据流计算回程容量，具体如下：

按以下方式计算所述移动台N接收到的第i条公共数据流的回程容量：

$C_{(n,c)}^i={\log }_2(1+{\mathrm{\σ}}_{(n,c)}^i{P}_{(k,c)}^i/(1+I_{(n,c)}^i)),\∀i=1,\·\·\·,d_{(k,c)}$ 公式(17)

其中，

H_n包含移动台N的队列状态信息和信道状态信息，且H_nk为H_n的第k个分量。

则移动台N接收到的公共数据流的总的回程容量为：

$C_{(n,c)}=\underset{i=1}{\overset{d_{(k,c)}}{\mathrm{\Σ}}}{C}_{(n,c)}^i$ 公式(18)

按以下方式计算所述移动台N接收到的第i条私有数据流的回程容量：

$C_{(n,p)}^i={\log }_2(1+{\mathrm{\σ}}_{(n,p)}^i{P}_{(k,p)}^i/(1+I_{(n,p)}^i)),\∀i=1,\·\·\·,d_{(k,p)},$ 公式(19)

其中，

，

其中，H_n包含移动台N的队列状态信息和信道状态信息，且H_nk为H_n的第k个分量。

404、利用回程容量及基站K的发送速率确定变量，将变量反馈给基站K，使得基站K利用变量更新发送功率和速率的分配方式。

在本发明实施例中，移动台N将利用回程容量及基站K的发送速率确定变量，并将该变量反馈给基站K，使得基站K利用变量更新发送功率和速率的分配方式，其中，变量可表示为Z_k＝{G_(n，c)，S_(n，c)，G_(n，p)，S_(n，p)}，且变量的计算方式如下：

$G_{(n,c)}=1(R_{(k,c)}\≤C_{(n,c)}),S_{(n,c)}=1\left(\right|R_{(k,c)}-C_{(n,c)}|\≤\frac{2}{\mathrm{\η}})$

$G_{(n,p)}=1(R_{(k,p)}\≤C_{(n,p)}),S_{(n,p)}=1\left(\right|R_{(k,p)}-C_{(n,p)}|\≤\frac{2}{\mathrm{\η}})$ 公式(5)

其中，R_(k，c)为发送公共数据流的总的速率，R_(k，p)为发送私有数据流的总的速率，η表示预置的数值，为一个大于0的常量。

在本发明实施例中，基站K在向移动台N发送公共数据流和私有数据流之后，将由移动台N反馈一个与基站K的发送速率及回程容量有关的变量，使得基站K能够根据该变量更新功率和速率的分配方式，能够更好的进行资源分配，改善系统的性能。

请参阅图5，为本发明实施例中基站的实施例，包括：

第一更新单元501，用于在第t个调度时隙结束前，若接收到移动台N反馈的变量，则利用所述变量及部分随机梯度算法更新发送功率和速率的分配方式，得到功率分配函数和速率分配函数，所述变量是所述移动台N基于基站K在第t个调度时隙发送公共数据流和私有数据流的速率及回程容量得到的；

计算单元502，用于在第t+1个调度时隙开始后，将获取到的当前调度时隙的队列状态信息QSI和发送端信道状态信息CSIT带入所述功率分配函数和速率分配函数，得到第t+1个调度时隙公共数据流的发送功率和发送速率，及私有数据流的发送功率和发送速率；

发送单元503，用于在第t+1个调度时隙内，按所述发送功率和发送速率发送对应的公共数据流和私有数据流。

在本发明实施例中，在第t个调度时隙结束时，利用移动台N反馈的变量及随机梯度更新算法更新速率和功率的分配方式，得到功率分配函数和速率分配函数，并在第t+1个调度时隙时，将第t+1个调度时隙的QSI和CSIT带入得到的功率分配函数和速率分配函数，得到第t+1个调度时隙公共数据流和私有数据流对应的发送功率和发送速率，按该发送功率和发送速率发送公共数据流和私有数据流，其中，通过将第t+1个调度时隙的QSI和CSIT带入功率分配函数和速率分配函数，考虑了业务的突发性到达以及对时延的要求，能够得到最优化的系统时延特性，此外，由于该第t+1个调度时隙的功率分配函数和速率分配函数是在第t个调度时隙利用移动台N反馈的变量得到的，部分随机梯度算法在每个调度时隙更新功率和速率的分配方式，能够有效的解决非精确CSI带来的影响，及能够实现在满足系统回程容量限制及平均功率限制的要求下，最小化功率和回程容量的开销的目的。

为了更好的理解本发明实施例中的技术，请参阅图6，为本发明实施例中基站的实施例，包括：

如图5所示实施例中描述的第一更新单元501，计算单元502，发送单元503，且与图5所示实施例中描述的内容相似，此处不再赘述。

在本发明实施例中，第一更新单元501按以下方式更新发送功率和速率的分配方式，得到功率分配函数和速率分配函数：

$P_{(k,p)}^{i,t+1}\left({\widehat{\mathrm{\χ}}}_{(k,t+1)}\right)={[P_{(k,p)}^{i,t}\left({\widehat{\mathrm{\χ}}}_{(k,t)}\right)-{\mathrm{\κ}}_v\left(t\right)({\mathrm{\γ}}_{(k,P)}^t+{\mathrm{\γ}}_{(k,P)}^t{P}_{\mathrm{cct}}\frac{{\∂f}^{\mathrm{\η}}(0,P_k^{\mathrm{tx}})}{\∂P_{(k,p)}^{i,t}}+\frac{{\∂g}_k^{\widehat{\mathrm{\χ}}}\left((P\left(t\right),R_k\left(t\right),H\left(t\right)\right)}{{\∂P}_{(k,p)}^{i,t}})]}^{+}$

$R_{(k,p)}^{t+1}\left({\widehat{\mathrm{\χ}}}_{(k,t+1)}\right)={\left[R_{(k,p)}^t\left({\widehat{\mathrm{\χ}}}_{(k,t)}\right)-{\mathrm{\κ}}_v\left(t\right)\frac{{\∂g}_k^{\widehat{\mathrm{\χ}}}\left((P\left(t\right),R_k\left(t\right),H\left(t\right)\right)}{{\∂R}_{(k,p)}^t}\right]}^{+}$

$P_{(k,c)}^{i,t+1}\left({\widehat{\mathrm{\χ}}}_{(k,t+1)}\right)={[P_{(k,c)}^{i,t}\left({\widehat{\mathrm{\χ}}}_{(k,t)}\right)-{\mathrm{\κ}}_v\left(t\right)({\mathrm{\γ}}_{(k,P)}^t+{\mathrm{\α}}_{(k,k)}^i+{\mathrm{\γ}}_{(n,P)}^t{\mathrm{\α}}_{(k,n)}^i+{\mathrm{\γ}}_{(k,P)}^t{P}_{\mathrm{cct}}\frac{{\∂f}^{\mathrm{\η}}(0,P_k^{\mathrm{tx}})}{\∂P_{(k,c)}^{i,t}}+\frac{{\∂g}_k^{\widehat{\mathrm{\χ}}}\left((P\left(t\right),R_k\left(t\right),H\left(t\right)\right)}{{\∂P}_{(k,c)}^{i,t}})]}^{+}$

$R_{(k,c)}^{t+1}\left({\widehat{\mathrm{\χ}}}_{(k,t+1)}\right)={\left[R_{(k,c)}^t\left({\widehat{\mathrm{\χ}}}_{(k,t)}\right)-{\mathrm{\κ}}_v\left(t\right)({\mathrm{\γ}}_{(k,C)}^t+\frac{{\∂g}_k^{\widehat{\mathrm{\χ}}}\left((P\left(t\right),R_k\left(t\right),H\left(t\right)\right)}{{\∂R}_{(k,c)}^t})\right]}^{+}$

公式(6)

其中，t表示为第t个调度时隙，k表示为基站K，p表示私有数据流，c表示公共数据流，i表示第i个公共数据流或者第i个私有数据流；

是基站K的总的发送功率，

为第t+1个调度时隙私有数据流的功率分配函数，为第t+1个调度时隙公共数据流的功率分配函数，为第t+1个调度时隙私有数据流的速率分配函数，

为第t+1个调度时隙公共数据流的速率分配函数，

第t个调度时隙私有数据流的功率分配函数，

为第t个调度时隙公共数据流的功率分配函数，

为第t个调度时隙私有数据流的速率分配函数，

为第t个调度时隙公共数据流的速率分配函数；

其中，

为第t个调度时隙基站k的局部系统状态信息，

为第t个调度时隙的CSIT，Q_(k，t)为第t个调度时隙的QSI；

其中， ${\mathrm{\α}}_{(k,k)}^i=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\left|{\left[V_{(k,c)}\right]}_{((k-1)M+m,i)}\right|}^2,$ ${\mathrm{\α}}_{(k,n)}^i=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\left|{\left[V_{(k,c)}\right]}_{((n-1)M+m,i)}\right|}^2,$ 其中[X]_(m，n)表示矩阵X第(m，n)个元素；M是发送天线数，m代表第m个天线，n表示基站N；

其中，κ_v(t)为第t个调度时隙的更新步长，

表示第t个调度时隙的私有数据流的拉格朗日乘子，P_cct是电路损耗功率，

为代价函数，所述代价函数和

的偏导的值与所述变量有关。

在本发明实施例中，计算单元502按以下方式得到第t+1个调度时隙公共数据流的发送功率和发送速率，及私有数据流的发送功率和发送速率：

$P_{(k,p)}^{i,t+1}=P_{(k,p)}^{i,t+1}\left({\widehat{\mathrm{\χ}}}_{(k,t+1)}\right)$

$R_{(k,p)}^{t+1}=R_{(k,p)}^{t+1}\left({\widehat{\mathrm{\χ}}}_{(k,t+1)}\right)$

$P_{(k,c)}^{i,t+1}=P_{(k,c)}^{i,t+1}\left({\widehat{\mathrm{\χ}}}_{(k,t+1)}\right);$ 公式(10)

$R_{(k,c)}^{t+1}=R_{(k,c)}^{t+1}\left({\widehat{\mathrm{\χ}}}_{(k,t+1)}\right)$

其中，

为第t+1个调度时隙私有数据流的发送功率，

为第t+1个调度时隙公共数据流的发送功率，

为第t+1个调度时隙私有数据流的发送速率，

为第t+1个调度时隙公共数据流的发送速率，

为第t+1个调度时隙私有数据流的功率分配函数，

为第t+1个调度时隙公共数据流的功率分配函数，

为第t+1个调度时隙私有数据流的速率分配函数，

为第t+1个调度时隙公共数据流的速率分配函数，

其中，

为第t+1调度时隙的CSIT，Q_(k，t+1)为第t+1调度时隙的QSI。

在本发明实施例中，若基站还包括：

预编码单元601，用于在所述发送单元503发送公共数据流和私有数据流之前，根据所述CSIT，基于正交基和奇异值分解预编码方式对第t+1个调度时隙的公共数据流和私有数据流进行预编码处理；

则所述发送单元503则用于在所述预编码单元进行预编码处理之后，按照所述发送功率和发送速率发送预编码处理后的公共数据流和私有数据流。

在本发明实施例中，预编码单元601按以下方式对公共数据流进行预编码处理：

$V_{(k,c)}={\tilde{V}}_n^{\left(0\right)}{F}_{(k,c)},\∀\mathrm{kandk}\≠n$ 公式(11)

其中，V_(k，c)为基站K的公共数据流的联合预编码矩阵，为移动台N的CSIT的值H_n的零空间的正交基，F_(k，c)为移动台N的CSIT值的零空间正交基与移动台K的CSIT值H_k的奇异值分解。

预编码单元601按以下方式对前M-N个私有数据流进行预编码处理：

$[v_{(k,p)}^1,\·\·\·,v_{(k,p)}^{M-N}]={\tilde{V}}_{\mathrm{nk}}^{\left(0\right)}{F}_{(k,z)},;$ 公式(13)

所述预编码单元按以下方式对剩余的d_(k，p)-(M-N)个私有数据流进行预编码处理：

$[v_{(k,p)}^{M-N+1},\·\·\·,v_{(k,p)}^{d_{(k,p)}}]=[{\stackrel{\‾}{v}}_{\mathrm{kk}}^1,\·\·\·,{\stackrel{\‾}{v}}_{\mathrm{kk}}^{d_{(k,p)}-(M-N)}]$ 公式(14)

其中，M为基站K的天线数，N为移动台N的天线数，

d_(k，p)为基站K私有数据流的总个数。

在本发明实施例中，基站还包括：

第二更新单元602，用于在第t个调度时隙结束前，根据当前调度时隙的QSI和CSIT更新势函数和拉格朗日乘子，更新后的势函数和拉格朗日乘子用于在第t+1个调度时隙内计算所述功率分配函数和速率分配函数；

第二更新单元602按以下方式更新所述势函数：

${\tilde{V}}_k^{t+1}\left({\tilde{Q}}_k\right)={\tilde{V}}_k^t\left({\tilde{Q}}_k\right)+{\mathrm{\κ}}_v\left(t\right)[g_k({\mathrm{\γ}}_k,{\widehat{\mathrm{\χ}}}_k,P_k^{*},R_k^{*})+{\tilde{V}}_k^t(Q_k-U_k^{*})-{\tilde{V}}_k^t\left({\tilde{Q}}_k^0\right)-{\tilde{V}}_k^t\left({\tilde{Q}}_k\right)]$ 公式(8)

其中，

为第t+1个调度时隙的势函数，

为第t调度时隙的势函数，κ_v(t)为第t个调度时隙的势函数的更新步长，

是第t个调度时隙的代价函数；

其中，

表示在t-1个调度时隙结束时的QSI，A_k表示在第t个调度时隙到达的数据流，N_Q表示QSI的最大值；

其中，

为速率的最小值，W代表带宽，τ代表时隙长度。

第二更新单元602按以下方式更新所述拉格朗日乘子：

${\mathrm{\γ}}_{(k,P)}^{t+1}={[{\mathrm{\γ}}_{(k,P)}^t+{\mathrm{\κ}}_{\mathrm{\γ}}\left(t\right)(P_k\left(t\right)-P_k^0)]}^{+}$

${\mathrm{\γ}}_{(k,C)}^{t+1}={[{\mathrm{\γ}}_{(k,C)}^t+{\mathrm{\κ}}_{\mathrm{\γ}}\left(t\right)(R_{(k,c)}\left(t\right)-C_k^0)]}^{+};$ 公式(9)

其中，

表示第t+1个调度时隙的私有数据流的拉格朗日乘子，

表示第t个调度时隙的私有数据流的拉格朗日乘子，κ_γ(t)表示第t调度时隙的更新步长，P_k(t)是第t个调度时隙的数据流的总的发送功率，

是系统预置的平均功率限制值，

表示第t+1个调度时隙的公共数据流的拉格朗日乘子，表示第t个调度时隙的公共数据流的拉格朗日乘子，R_(k，c)(t)是第t个调度时隙的总的发送速率，

是预置的平均回程速率限制值。

在本发明实施例中，通过将第t+1个调度时隙的QSI和CSIT带入功率分配函数和速率分配函数，考虑了业务的突发性到达以及对时延的要求，能够得到最优化的系统时延特性，同时，由于该第t+1个调度时隙的功率分配函数和速率分配函数是在第t个调度时隙利用移动台N反馈的变量得到的，采用了部分随机梯度算法在每个调度时隙更新功率和速率的分配方式，且该部分随机梯度算法中使用的势函数和拉格朗日乘子为上一个调度时隙更新后的势函数和拉格朗日乘子，能够有效的解决非精确CSI带来的影响，及能够实现在满足系统回程容量限制及平均功率限制的要求下，最小化功率和回程容量的开销的目的，此外，本发明实施例中将采用基于正交基和奇异值分解的预编码处理方式对公共数据流和私有数据流进行预编码处理，能够有效的提高系统的自由度，改善系统的性能。

请参阅图7，为本发明实施例中移动台的实施例，包括：

接收单元701，用于接收基站K发送的公共数据流和私有数据流；

去相关处理单元702，用于在所述接收单元701接收到所述公共数据流和私有数据流之后，对所述公共数据流和私有数据流进行去相关处理；

回程容量计算单元703，用于在所述去相关处理单元702进行了去相关处理之后，根据去相关处理后的公共数据流和私有数据流计算回程容量；

处理单元704，用于在回程容量计算单元703得到所述回程容量之后，利用所述回程容量及所述基站K的发送速率确定变量，将所述变量反馈给所述基站K，使得基站k利用所述变量更新发送功率和速率的分配方式。

其中，去相关处理单元702按以下方式对所述公共数据流进行去相关处理：

公式(15)

去相关处理单元702按以下方式对所述私有数据流进行去相关处理：

公式(16)

其中，

表示第i个去相关后的公共数据流，

表示第i个去相关后的公共数据流，表示移动台N的有效吞吐量，H_nk表示移动台N与基站K之间的信道状态信息CSIT，为移动台N接收到的的第i个公共数据流，ψ表示

也就是让的模归一化；

回程容量计算单元703按以下方式计算接收到的第i条公共数据流的回程容量：

$C_{(n,c)}^i={\log }_2(1+{\mathrm{\σ}}_{(n,c)}^i{P}_{(k,c)}^i/(1+I_{(n,c)}^i)),\∀i=1,\·\·\·,d_{(k,c)}$ 公式(17)

其中，

则移动台N接收到的公共数据流的总的回程容量为：

$C_{(n,c)}=\underset{i=1}{\overset{d_{(k,c)}}{\mathrm{\Σ}}}{C}_{(n,c)}^i$ 公式(18)

回程容量计算单元703按以下方式计算所述移动台N接收到的第i条私有数据流的回程容量：

$C_{(n,p)}^i={\log }_2(1+{\mathrm{\σ}}_{(n,p)}^i{P}_{(k,p)}^i/(1+I_{(n,p)}^i)),\∀i=1,\·\·\·,d_{(k,p)},$ 公式(19)

其中，

，

则移动台N接收到的私有数据流的总的回程容量为：

$C_{(n,p)}=\underset{i=1}{\overset{d_{(k,p)}}{\mathrm{\Σ}}}{C}_{(n,p)}^i$ 公式(20)

所述处理单元704按以下方式确定变量：

$G_{(n,c)}=1(R_{(k,c)}\≤C_{(n,c)}),S_{(n,c)}=1\left(\right|R_{(k,c)}-C_{(n,c)}|\≤\frac{2}{\mathrm{\η}})$ 公式(5)

$G_{(n,p)}=1(R_{(k,p)}\≤C_{(n,p)}),S_{(n,p)}=1\left(\right|R_{(k,p)}-C_{(n,p)}|\≤\frac{2}{\mathrm{\η}})$

根据计算值确定变量Z_k，所述变量Z_k＝{G_(n，c)，S_(n，c)，G_(n，p)，S_(n，p)}；

其中，R_(k，c)为发送公共数据流的总的速率，R_(k，p)为发送私有数据流的总的速率，η表示预置的数值，为一个大于0的常量。

在本发明实施例中，移动台对接收到的公共数据流和私有数据流进行处理，得到与基站K的发送速率及回程容量有关的变量，并将该变量反馈给基站K，使得基站K能够根据该变量更新功率和速率的分配方式，能够更好的进行资源分配，改善系统的性能。

请参阅图8，为本发明实施例中一种资源分配的系统，包括：

如图5或者图6所示的基站801，如图7所示的移动台802。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上对本发明所提供的一种资源分配的方法及系统、基站、移动台进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (21)

1.一种资源分配的方法，其特征在于，包括：

基站K在第t个调度时隙结束前，若接收到移动台N反馈的变量，则利用所述变量及部分随机梯度算法更新发送功率和速率的分配方式，得到功率分配函数和速率分配函数，所述变量是所述移动台N基于所述基站K在第t个调度时隙发送公共数据流和私有数据流的速率及回程容量得到的；

在第t+1个调度时隙开始后，所述基站K将获取到的当前调度时隙的队列状态信息QSI和发送端信道状态信息CSIT带入所述功率分配函数和速率分配函数，得到第t+1个调度时隙公共数据流的发送功率和发送速率，及私有数据流的发送功率和发送速率；

在第t+1个调度时隙内，按所述发送功率和发送速率发送对应的公共数据流和私有数据流。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述按所述发送功率和发送速率发送对应的公共数据流和私有数据流之前还包括：

根据所述CSIT，所述基站K基于正交基和奇异值分解预编码方式对第t+1个调度时隙的公共数据流和私有数据流进行预编码处理；

则所述按所述发送功率和发送速率发送对应的公共数据流和私有数据流包括：

所述基站K按照所述发送功率和发送速率发送预编码处理后的公共数据流和私有数据流。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述变量及部分随机梯度算法更新发送功率和速率的分配方式，得到功率分配函数和速率分配函数的方式包括：

其中，t表示为第t个调度时隙，k表示为基站K，p表示私有数据流，c表示公共数据流，i表示第i个公共数据流或者第i个私有数据流； 

是基站K的总的发送功率， 

为第t+1个调度时隙私有数据流的功率分配函数， 

为第t+1个调度时隙公共数据流的功率分配函数， 

为第t+1个调度时隙私有数据流的速率分配函数， 

为第t+1个调度时隙公共数据流的速率分配函数， 

第t个调度时隙私有数据流的功率分配函数， 

为第t个调度时隙公共数据流的功率分配函数， 

为第t个调度时隙私有数据流的速率分配函数， 

为第t个调度时隙公共数据流的速率分配函数；

其中， 

为第t个调度时隙基站k的局部系统状态信息， 

为第t个调度时隙的CSIT，Q_(k，t)为第t个调度时隙的QSI；

其中，

其中[X]_(m，n)表示矩阵X第(m，n)个元素；M是发送天线数，m代表第m个天线，n表示基站N；

其中，κ_v(t)为第t个调度时隙的更新步长， 

表示第t个调度时隙的私有数据流的拉格朗日乘子，P_cct是电路损耗功率， 

为代价函数，所述代价函数和 

的偏导的值与所述变量有关。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在第t+1个调度时隙开始后，基站K将获取到的当前调度时隙的队列状态信息QSI和发送端信道状态信息CSIT带入所述功率分配函数和速率分配函数，得到第t+1个调度时隙公共数据流的发送功率和发送速率，及私有数据流的发送功率和发送速率的方式为：

其中， 

为第t+1个调度时隙私有数据流的发送功率， 

为第t+1个调度时隙公共数据流的发送功率， 

为第t+1个调度时隙私有数据流的发送速率， 

为第t+1个调度时隙公共数据流的发送速率， 

为第t+1个调度时隙私有数据流的功率分配函数， 

为第t+1个调度时隙公共数据流的功率分配函数， 

为第t+1个调度时隙私有数据流的速率分配函数， 为第t+1个调度时隙公共数据流的速率分配函数，

其中， 

为第t+1调度时隙的CSIT，Q_(k，t+1)为第t+1调度时隙的QSI。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述CSIT，所述基站K基于正交基和奇异值分解预编码方式对第t+1个调度时隙的公共数据流进行预编码处理的方式包括：

其中，V_(k，c)为基站K的公共数据流的联合预编码矩阵， 为移动台N的CSIT的值H_n的零空间的正交基，F_(k，c)为移动台N的CSIT值的零空间正交基与移动台K的CSIT值H_k的奇异值分解。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述CSIT，所述基站K基于正交基和奇异值分解预编码方式对第t+1个调度时隙的私有数据流进行预编码处理的方式包括：

按以下方式对前M-N个私有数据流进行预编码处理：

按以下方式对基站K剩余的d_(k，p)-(M-N)个私有数据流进行预编码处理：

其中，M为基站K的天线数，N为移动台N的天线数，d_(k，p)为基站K私有数据流的总个数。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基站K按照所述发送功率和发送速率发送预编码处理后的公共数据流和私有数据流包括：

选择编码调制方式，使得选择的编码调制方式产生的速率小于或等于所述发送速率；

利用所选择的编码调制方式对预编码处理后的所述公共数据流和私有数据流进行编码调制； 

按照所述发送功率将编码调制后的公共数据流和私有数据流发送给所述移动台N。

8.根据权利要求1至7任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在第t个调度时隙结束前，所述基站K根据当前调度时隙的QSI和CSIT更新势函数和拉格朗日乘子，更新后的势函数和拉格朗日乘子用于在第t+1个调度时隙内计算所述功率分配函数和速率分配函数。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述基站K根据当前调度时隙的QSI和CSIT更新势函数的方式包括：

按以下方式更新所述势函数：

其中， 

为第t+1个调度时隙的势函数， 

为第t调度时隙的势函数，κ_v(t)为第t个调度时隙的势函数的更新步长， 

是第t个调度时隙的代价函数；

其中， 

表示在t-1个调度时隙结束时的QSI，A_k表示在第t个调度时隙到达的数据流，N_Q表示QSI的最大值；

其中， 

为速率的最小值，W代表带宽，τ代表时隙长度。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述基站k根据当前调度时隙的QSI和CSIT更新所述拉格朗日乘子的方式包括：

按以下方式更新所述拉格朗日乘子：

其中， 

表示第t+1个调度时隙的私有数据流的拉格朗日乘子， 

表示第t个调度时隙的私有数据流的拉格朗日乘子，κ_γ(t)表示第t调度时隙的更新步长，P_k(t)是第t个调度时隙的数据流的总的发送功率， 

是系统预置的平均功率限制值， 

表示第t+1个调度时隙的公共数据流的拉格朗日乘子， 

表示第t个调度时隙的公共数据流的拉格朗日乘子，R_(k，c)(t)是第t个调度时隙的总的发送速率， 

是预置的平均回程速率限制值。

11.一种资源分配的方法，其特征在于，包括： 

移动台N接收基站K发送的公共数据流和私有数据流；

对所述公共数据流和私有数据流进行去相关处理；

根据去相关处理后的公共数据流和私有数据流计算回程容量；

利用所述回程容量及所述基站K的发送速率确定变量，将所述变量反馈给所述基站K，使得基站k利用所述变量更新发送功率和速率的分配方式。

12.根据权利要11所述的方法，其特征在于，所述对所述公共数据流和私有数据流进行去相关处理包括：

按以下方式对所述公共数据流进行去相关处理：

按以下方式对所述私有数据流进行去相关处理：

其中， 

表示第i个去相关后的公共数据流， 

表示第i个去相关后的公共数据流， 

表示移动台N的有效吞吐量，H_nk表示移动台N与基站K之间的信道状态信息CSIT， 

为移动台N接收到的的第i个公共数据流，ψ表示 

也就是让 

的模归一化。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述根据去相关处理后的公共数据流和私有数据流计算回程容量的方法包括：

按以下方式计算所述移动台N接收到的第i条公共数据流的回程容量：

其中， 

则移动台N接收到的公共数据流的总的回程容量为：

按以下方式计算所述移动台N接收到的第i条私有数据流的回程容量：

其中， ， 

则移动台N接收到的私有数据流的总的回程容量为： 

。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述利用所述回程容量及所述基站K的发送速率确定变量包括：

按以下方式进行计算：

根据计算值确定变量Z_k，所述变量Z_k＝{G_(n，k)，S_(n，c)，G_(n，p)，S_(n，p)}；

其中，R_(k，c)为发送公共数据流的总的速率，R_(k，p)为发送私有数据流的总的速率，η表示预置数值。

15.一种基站，其特征在于，包括：

第一更新单元，用于在第t个调度时隙结束前，若接收到移动台N反馈的变量，则利用所述变量及部分随机梯度算法更新发送功率和速率的分配方式，得到功率分配函数和速率分配函数，所述变量是所述移动台N基于基站K在第t个调度时隙发送公共数据流和私有数据流的速率及回程容量得到的；

计算单元，用于在第t+1个调度时隙开始后，将获取到的当前调度时隙的队列状态信息QSI和发送端信道状态信息CSIT带入所述功率分配函数和速率分配函数，得到第t+1个调度时隙公共数据流的发送功率和发送速率，及私有数据流的发送功率和发送速率；

发送单元，用于在第t+1个调度时隙内，按所述发送功率和发送速率发送对应的公共数据流和私有数据流。

16.根据权利要求15所述的基站，其特征在于，所述装置还包括：

预编码单元，用于在所述发送单元发送公共数据流和私有数据流之前，根据所述CSIT，基于正交基和奇异值分解预编码方式对第t+1个调度时隙的公共数据流和私有数据流进行预编码处理；

则所述发送单元则用于在所述预编码单元进行预编码处理之后，按照所述发送功率和发送速率发送预编码处理后的公共数据流和私有数据流。 

17.根据权利要求16所述的基站，其特征在于，所述第一更新单元按以下方式更新发送功率和速率的分配方式，得到功率分配函数和速率分配函数：

其中，t表示为第t个调度时隙，k表示为基站K，p表示私有数据流，c表示公共数据流，i表示第i个公共数据流或者第i个私有数据流； 

是基站K的总的发送功率， 为第t+1个调度时隙私有数据流的功率分配函数， 

为第t+1个调度时隙公共数据流的功率分配函数， 

为第t+1个调度时隙私有数据流的速率分配函数， 

为第t+1个调度时隙公共数据流的速率分配函数， 

第t个调度时隙私有数据流的功率分配函数， 

为第t个调度时隙公共数据流的功率分配函数， 

为第t个调度时隙私有数据流的速率分配函数， 

为第t个调度时隙公共数据流的速率分配函数；

其中， 

为第t个调度时隙基站k的局部系统状态信息， 

为第t个调度时隙的CSIT，Q_(k，t)为第t个调度时隙的QSI；

其中，

其中[X]_(m，n)表示矩阵X第(m，n)个元素；M是发送天线数，m代表第m个天线，n表示基站N；

其中，κ_v(t)为第t个调度时隙的更新步长， 

表示第t个调度时隙的私有数据流的拉格朗日乘子，P_cct是电路损耗功率， 

为代价函数，所述代价函数和 

的偏导的值与所述变量有关； 

所述计算单元按以下方式得到第t+1个调度时隙公共数据流的发送功率和发送速率，及私有数据流的发送功率和发送速率：

其中， 

为第t+1个调度时隙私有数据流的发送功率， 

为第t+1个调度时隙公共数据流的发送功率， 

为第t+1个调度时隙私有数据流的发送速率， 

为第t+1个调度时隙公共数据流的发送速率， 

为第t+1个调度时隙私有数据流的功率分配函数， 

为第t+1个调度时隙公共数据流的功率分配函数， 为第t+1个调度时隙私有数据流的速率分配函数， 

为第t+1个调度时隙公共数据流的速率分配函数，

其中， 

为第t+1调度时隙的CSIT，Q_(k，t+1)为第t+1调度时隙的QSI。

所述预编码单元按以下方式对公共数据流进行预编码处理：

其中，V_(k，c)为基站K的公共数据流的联合预编码矩阵， 

为移动台N的CSIT的值H_n的零空间的正交基，F_(k，c)为移动台N的CSIT值的零空间正交基与移动台K的CSIT值H_k的奇异值分解。

所述预编码单元按以下方式对前M-N个私有数据流进行预编码处理：

所述预编码单元按以下方式对剩余的d_(k，p)-(M-N)个私有数据流进行预编码处理：

其中，M为基站K的天线数，N为移动台N的天线数，d_(k，p)为基站K私有数据流的总个数。 

18.根据权利要求15至17任一项所述的基站，其特征在于，所述基站还包括：

第二更新单元，用于在第t个调度时隙结束前，根据当前调度时隙的QSI和CSIT更新势函数和拉格朗日乘子，更新后的势函数和拉格朗日乘子用于在第t+1个调度时隙内计算所述功率分配函数和速率分配函数；

所述第二更新单元按以下方式更新所述势函数：

其中， 

为第t+1个调度时隙的势函数， 

为第t调度时隙的势函数，κ_v(t)为第t个调度时隙的势函数的更新步长， 

是第t个调度时隙的代价函数；

其中， 

表示在t-1个调度时隙结束时的QSI，A_k表示在第t个调度时隙到达的数据流，N_Q表示QSI的最大值；

其中， 

为速率的最小值，W代表带宽，τ代表时隙长度。

所述第二更新单元按以下方式更新所述拉格朗日乘子：

其中， 

表示第t+1个调度时隙的私有数据流的拉格朗日乘子， 

表示第t个调度时隙的私有数据流的拉格朗日乘子，κ_γ(t)表示第t调度时隙的更新步长，P_k(t)是第t个调度时隙的数据流的总的发送功率， 

是系统预置的平均功率限制值， 

表示第t+1个调度时隙的公共数据流的拉格朗日乘子， 表示第t个调度时隙的公共数据流的拉格朗日乘子，R_(k，c)(t)是第t个调度时隙的总的发送速率， 

是预置的平均回程速率限制值。

19.一种移动台，其特征在于，包括：

接收单元，用于接收基站K发送的公共数据流和私有数据流；

去相关处理单元，用于在所述接收单元接收到所述公共数据流和私有数据流之后，对所述公共数据流和私有数据流进行去相关处理；

回程容量计算单元，用于在所述去相关处理单元进行了去相关处理之后，根据去相关处理后的公共数据流和私有数据流计算回程容量； 

处理单元，用于在回程容量计算单元得到所述回程容量之后，利用所述回程容量及所述基站K的发送速率确定变量，将所述变量反馈给所述基站K，使得基站k利用所述变量更新发送功率和速率的分配方式。

20.根据权利要求19所述的移动台，其特征在于，

所述去相关处理单元按以下方式对所述公共数据流进行去相关处理：

所述去相关处理单元按以下方式对所述私有数据流进行去相关处理：

其中， 

表示第i个去相关后的公共数据流， 表示第i个去相关后的公共数据流， 

表示移动台N的有效吞吐量，H_nk表示移动台N与基站K之间的信道状态信息CSIT， 

为移动台N接收到的的第i个公共数据流，ψ表示 

也就是让 

的模归一化；

所述回程容量计算单元按以下方式计算接收到的第i条公共数据流的回程容量：

其中， 

则移动台N接收到的公共数据流的总的回程容量为：

所述回程容量计算单元按以下方式计算所述移动台N接收到的第i条私有数据流的回程容量：

其中， 

， 

则移动台N接收到的私有数据流的总的回程容量为：

所述处理单元按以下方式确定变量： 

根据计算值确定变量Z_k，所述变量Z_k＝{G_(n，c)，S_(n，c)，G_(n，p)，S_(n，p)}；

其中，R_(k，c)为发送公共数据流的总的速率，R_(k，p)为发送私有数据流的总的速率，η表示预置的数值。

21.一种资源分配的系统，其特征在于，包括：

如权利要求15至18中任一项所述的基站，及如权利要求19或20所述的移动台。 

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