CN112020146B - 考虑回传约束的多用户联合调度和功率分配方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种考虑回传约束的多用户联合调度和功率分配方法及系统，包括：接收处理多个用户的资源调度需求；根据所述资源调度需求获取每个用户的调度分配方案；对所述调度分配方案进行网络信道状态信息，网络回传容量，服务接入点的最大功率预算衡量，获得衡量结果；基于所述衡量结果给定优化目标和约束条件，计算处理回传链路的容量限制，得到多用户联合调度和功率分配的最优解。本发明的优点是：实现简单，通过将回传链路的容量限制纳入到无限资源管理中，得到更为准确、可行的最优解。在支持全局协调预编码优化的基础上，考虑了现实网络能力的可行区间，同时支持用户的干扰协调和网络整体容量的提升。

Description

考虑回传约束的多用户联合调度和功率分配方法及系统

技术领域

本发明属于5G移动通信技术领域，特别是一种考虑回传约束的多用户联合调度和功率分配方法及系统。

背景技术

目前，5G移动通信在新型多载波、大规模天线和超密集组网技术的推动下得到了很大的发展，用户需求呈爆炸式增长，但受到无线网络频带、功率的制约，无线接入网的发展存在容量瓶颈。超密集组网(UDN)和用户间干扰协调是提高无线资源利用率的主要突破途径。

超密集组网源于异构网络概念，在宏蜂窝中加入较小的蜂窝小区，可以充分利用无线资源管理机制提供的网络协作能力，从而成为在热点区域分流的一种方式。用户联合与调度方案的联合优化包括以下几种典型策略：1)考虑多用户联合与调度问题，给定信干噪比，求解为整个网络提供最小所需信干噪比的用户联合与调度决策，可以用0-1整数线性规划方法进行求解；2)对于未知速率的多用户调度，可以采用混合整数线性规划(MILP)求解调度与功率分配最优化问题；3)通过多用户联合预编码策略协调多用户之间的干扰，可以采用二阶锥规划(SOCP)方法进行求解。现有技术一般只考虑理想化的超密集组网，没有考虑现实组网场景的约束，如回传容量受限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种考虑回传约束的多用户联合调度和功率分配装置，解决组网回传容量受限的问题。

有鉴于此，本发明提供一种考虑回传约束的多用户联合调度和功率分配方法，其特征在于，包括：

接收处理多个用户的资源调度需求；

根据所述资源调度需求获取每个用户的调度分配方案；

对所述调度分配方案进行网络信道状态信息，网络回传容量，服务接入点的最大功率预算衡量，获得衡量结果；

基于所述衡量结果给定优化目标和约束条件，计算处理回传链路的容量限制，得到多用户联合调度和功率分配的最优解。

进一步地，所述接收处理多个用户的资源调度需求包括：

确定多个用户的资源的联合或配对模式；

根据所述联合或配对模式对多个用户进行调度和分区。

进一步地，所述根据所述联合或配对模式对多个用户进行调度和分区，包括：

首先，通过网络功率协调，控制每一配对用户所分配的功率，调节每一对节点间的功率域距离条件和用户服务质量需求相匹配；

然后，按照每一配对用户所分配的功率，进行预编码，以对网络中波束赋形与功率进行智能调节。

进一步地，所述计算处理回传链路的容量限制，得到多用户联合调度和功率分配的最优解，采用混合整数二阶规划算法，搜索可行解。

本发明的另一目的在于提供一种考虑回传约束的多用户联合调度和功率分配系统，其特征在于，包括：

接收模块，用于接收处理多个用户的资源调度需求；

获取模块，用于根据所述资源调度需求获取每个用户的调度分配方案；

调度模块，用于对所述调度分配方案进行网络信道状态信息，网络回传容量，服务接入点的最大功率预算衡量，获得衡量结果；

处理模块，基于所述衡量结果给定优化目标和约束条件，计算处理回传链路的容量限制，得到多用户联合调度和功率分配的最优解。

进一步地，所述接收模块包括：

确定子模块，用于确定多个用户的资源的联合或配对模式；

运行子模块，用于根据所述联合或配对模式对多个用户进行调度和分区。

进一步地，所述运行子模块包括：

匹配器，用于通过网络功率协调，控制每一配对用户所分配的功率，调节每一对节点间的功率域距离条件和用户服务质量需求相匹配；

编码器，用于按照每一配对用户所分配的功率，进行预编码，以对网络中波束赋形与功率进行智能调节。

进一步地，所述处理模块采用混合整数二阶规划算法，搜索可行解。

本发明实现了以下显著的有益效果：

实现简单，包括：接收处理多个用户的资源调度需求；根据所述资源调度需求获取每个用户的调度分配方案；对所述调度分配方案进行网络信道状态信息，网络回传容量，服务接入点的最大功率预算衡量，获得衡量结果；基于所述衡量结果给定优化目标和约束条件，计算处理回传链路的容量限制，得到多用户联合调度和功率分配的最优解。通过将回传链路的容量限制纳入到无限资源管理中，得到更为准确、可行的最优解。在支持全局协调预编码优化的基础上，考虑了现实网络能力的可行区间，同时支持用户的干扰协调和网络整体容量的提升。

附图说明

图1为本发明的考虑回传约束的多用户联合调度和功率分配方法的流程图；

图2为图1所示考虑回传约束的多用户联合调度和功率分配方法的实施例示意图；

图3为本发明的多个用户的资源的联合或配对模式示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且均适用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

需要说明的是，为了清楚地说明本发明的内容，本发明特举多个实施例以进一步阐释本发明的不同实现方式，其中，该多个实施例是列举式而非穷举式。此外，为了说明的简洁，前实施例中已提及的内容往往在后实施例中予以省略，因此，后实施例中未提及的内容可相应参考前实施例。

虽然该发明可以以多种形式的修改和替换来扩展，说明书中也列出了一些具体的实施图例并进行详细阐述。应当理解的是，发明者的出发点不是将该发明限于所阐述的特定实施例，正相反，发明者的出发点在于保护所有给予由本权利声明定义的精神或范围内进行的改进、等效替换和修改。同样的元模块件号码可能被用于所有附图以代表相同的或类似的部分。

请参照图1至图3，本发明提供一种考虑回传约束的多用户联合调度和功率分配方法，包括：

步骤S101，接收处理多个用户的资源调度需求；

步骤S102，根据所述资源调度需求获取每个用户的调度分配方案；

步骤S103，对所述调度分配方案进行网络信道状态信息，网络回传容量，服务接入点的最大功率预算衡量，获得衡量结果；

步骤S104，基于所述衡量结果给定优化目标和约束条件，计算处理回传链路的容量限制，得到多用户联合调度和功率分配的最优解。

在一个实施例中，所述接收处理多个用户的资源调度需求包括：

确定多个用户的资源的联合或配对模式；

根据所述联合或配对模式对多个用户进行调度和分区。

在一个实施例中，所述根据所述联合或配对模式对多个用户进行调度和分区，包括：

首先，通过网络功率协调，控制每一配对用户所分配的功率，调节每一对节点间的功率域距离条件和用户服务质量需求相匹配；

然后，按照每一配对用户所分配的功率，进行预编码，以对网络中波束赋形与功率进行智能调节。

在一个实施例中，所述计算处理回传链路的容量限制，得到多用户联合调度和功率分配的最优解，采用混合整数二阶规划算法，搜索可行解。

本发明的另一目的在于提供一种考虑回传约束的多用户联合调度和功率分配系统，包括：

接收模块，用于接收处理多个用户的资源调度需求；

获取模块，用于根据所述资源调度需求获取每个用户的调度分配方案；

调度模块，用于对所述调度分配方案进行网络信道状态信息，网络回传容量，服务接入点的最大功率预算衡量，获得衡量结果；

处理模块，基于所述衡量结果给定优化目标和约束条件，计算处理回传链路的容量限制，得到多用户联合调度和功率分配的最优解。

在一个实施例中，所述接收模块包括：

确定子模块，用于确定多个用户的资源的联合或配对模式；

运行子模块，用于根据所述联合或配对模式对多个用户进行调度和分区。

在一个实施例中，所述运行子模块包括：

匹配器，用于通过网络功率协调，控制每一配对用户所分配的功率，调节每一对节点间的功率域距离条件和用户服务质量需求相匹配；

编码器，用于按照每一配对用户所分配的功率，进行预编码，以对网络中波束赋形与功率进行智能调节。

在一个实施例中，所述处理模块采用混合整数二阶规划算法，搜索可行解。

在一个实施例中，所述确定多个用户的资源的联合或配对模式包括：用户联合或配对，考虑1个服务接入点同时服务于多个用户设备的用户联合(AN-mUE)，或单个用户设备节点与一个/多个服务接入节点的联合(UE-mAN)。

作为具体的实施例，调度和分区，涉及AN-UE通信对之间的时频域正交资源正交分配，通过可达信干噪比(SINR)、轮询(RR)或比例公平(PF)准则对用户进行调度。

作为具体的实施例，功率分配，通过网络功率协调，控制每一对AN-UE所分配的功率，调节每一对节点间的功率域距离条件和用户服务质量需求相匹配，实现自干扰可控。

作为具体的实施例预编码，网络中波束赋形与功率的智能调节。对于下行链路，如果没有协作发射，可以研究空间维度，增强目标UE的接收信号，控制与邻近UE之间的干扰。如果有协作发射，多个AN预编码可以通过迫零算法实现干扰消除。

作为具体的实施例，本发明提供一种考虑回传约束的多用户联合调度和功率分配方法，包括：

步骤一，接收处理多个用户的资源调度需求；

步骤二，根据所述资源调度需求获取每个用户的调度分配方案；

步骤三，对所述调度分配方案进行网络信道状态信息，网络回传容量，服务接入点的最大功率预算衡量，获得衡量结果；

步骤四，基于所述衡量结果给定优化目标和约束条件，计算处理回传链路的容量限制；

步骤五，搜索多用户联合调度和功率分配的最优解。

在一个实施例中，所述搜索多用户联合调度和功率分配的最优解包括：对搜索结果判断是否完成的步骤。

在一个实施例中，所述接收处理多个用户的资源调度需求包括：

确定多个用户的资源的联合或配对模式；

根据所述联合或配对模式对多个用户进行调度和分区。

在一个实施例中，所述根据所述联合或配对模式对多个用户进行调度和分区，包括：

首先，通过网络功率协调，控制每一配对用户所分配的功率，调节每一对节点间的功率域距离条件和用户服务质量需求相匹配；

然后，按照每一配对用户所分配的功率，进行预编码，以对网络中波束赋形与功率进行智能调节。

在一个实施例中，所述计算处理回传链路的容量限制，得到多用户联合调度和功率分配的最优解，采用混合整数二阶规划算法，搜索可行解。

作为具体的实施例，协调网络预编码的目标函数和约束条件为：

Opt：{w_k}_1≤k≤K，{α_km}_{1≤k≤K，1≤m≤M}

∑_k∑_mα_km≤b_max c)

其中，{h_k}_1≤k≤K为网络信道状态信息，网络回传容量为b_max，服务接入点的最大功率预算为p_max，每用户的目标信干噪比为θ₀。{w_k}_1≤k≤K为待求解的预编码矢量，{α_km}_{1≤k≤K，1≤m≤M}为待求解的功率分配矩阵。

算法步骤包括：

1)给定输入，{h_k}_1≤k≤K，p_max，b_max；

2)给定上式给定的约束条件a、b、c；

3)在算法的每一步运行混合整数二阶规划，寻找{w_k}_1≤k≤K，{α_km}_{1≤k≤K，1≤m≤M}；

4)算法输出：{w_k}_1≤k≤K，{α_km}_{1≤k≤K，1≤m≤M}。

本发明实现了以下显著的有益效果：

实现简单，包括：接收处理多个用户的资源调度需求；根据所述资源调度需求获取每个用户的调度分配方案；对所述调度分配方案进行网络信道状态信息，网络回传容量，服务接入点的最大功率预算衡量，获得衡量结果；基于所述衡量结果给定优化目标和约束条件，计算处理回传链路的容量限制，得到多用户联合调度和功率分配的最优解。通过将回传链路的容量限制纳入到无限资源管理中，得到更为准确、可行的最优解。在支持全局协调预编码优化的基础上，考虑了现实网络能力的可行区间，同时支持用户的干扰协调和网络整体容量的提升。

根据本发明技术方案和构思，还可以有其他任何合适的改动。对于本领域普通技术人员来说，所有这些替换、调整和改进都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种考虑回传约束的多用户联合调度和功率分配方法，其特征在于，包括：

接收处理多个用户的资源调度需求；

根据所述资源调度需求获取每个用户的调度分配方案；

对所述调度分配方案进行网络信道状态信息，网络回传容量，服务接入点的最大功率预算衡量，获得衡量结果；

基于所述衡量结果给定优化目标和约束条件，计算处理回传链路的容量限制，得到多用户联合调度和功率分配的最优解；

所述计算处理回传链路的容量限制，得到多用户联合调度和功率分配的最优解步骤中，采用混合整数二阶规划算法，搜索可行解；

协调网络预编码的目标函数和约束条件为：

Opt：{w_k}_1≤k≤K，{α_km}_{1≤k≤K，1≤m≤M}

∑_k∑_mα_km≤b_max c)

其中，{h_k}_1≤k≤K为第k个网络信道的网络信道状态信息，网络回传容量为b_max，服务接入点的最大功率预算为p_max，每用户的目标信干噪比为θ₀；{w_k}_1≤k≤K为第k个网络信道的待求解的预编码矢量，{α_km}_{1≤k≤K，1≤m≤M}为第k个网络信道、第m个配对用户的待求解的功率分配矩阵，K为k的最大阈值，M为m的最大阈值；

所述混合整数二阶规划算法步骤包括：

给定输入，{h_k}_1≤k≤K，p_max，b_max；

给定上式给定的约束条件a、b、c；

在算法的每一步运行混合整数二阶规划，寻找{w_k}_1≤k≤k，{a_km}_{1≤k≤K，1≤m≤M}；

算法输出：{w_k}_1≤k≤K，{α_km}_{1≤k≤K，1≤m≤M}。

2.根据权利要求1所述的考虑回传约束的多用户联合调度和功率分配方法，其特征在于：所述接收处理多个用户的资源调度需求包括：

确定多个用户的资源的联合或配对模式；

根据所述联合或配对模式对多个用户进行调度和分区。

3.根据权利要求2所述的考虑回传约束的多用户联合调度和功率分配方法，其特征在于：所述根据所述联合或配对模式对多个用户进行调度和分区，包括：

首先，通过网络功率协调，控制每一配对用户所分配的功率，调节每一对节点间的功率域距离条件和用户服务质量需求相匹配；

然后，按照每一配对用户所分配的功率，进行预编码，以对网络中波束赋形与功率进行智能调节。

4.一种考虑回传约束的多用户联合调度和功率分配系统，其特征在于，包括：

接收模块，用于接收处理多个用户的资源调度需求；

获取模块，用于根据所述资源调度需求获取每个用户的调度分配方案；

调度模块，用于对所述调度分配方案进行网络信道状态信息，网络回传容量，服务接入点的最大功率预算衡量，获得衡量结果；

处理模块，基于所述衡量结果给定优化目标和约束条件，计算处理回传链路的容量限制，得到多用户联合调度和功率分配的最优解；

所述处理模块采用混合整数二阶规划算法，搜索可行解；

协调网络预编码的目标函数和约束条件为：

Opt：{w_k}_1≤k≤K，{α_km}_{1≤k≤K，1≤m≤M}

Σ_kΣ_mα_km≤b_max c)

其中，{h_k}_1≤k≤K为第k个网络信道的网络信道状态信息，网络回传容量为b_max，服务接入点的最大功率预算为p_max，每用户的目标信干噪比为θ₀；{w_k}_1≤k≤K为第k个网络信道的待求解的预编码矢量，{a_km}_{1≤k≤K，1≤m≤M}为第k个网络信道、第m个配对用户的待求解的功率分配矩阵，K为k的最大阈值，M为m的最大阈值；

所述混合整数二阶规划算法包括：

给定输入，{h_k}_1≤k≤K，p_max，b_max；

给定上式给定的约束条件a、b、c；

在算法的每一步运行混合整数二阶规划，寻找{w_k}_1≤k≤K，{α_km}_{1≤k≤K，1≤m≤M}；

算法输出：{w_k}_1≤k≤K，{α_km}_{1≤k≤K，1≤m≤M}。

5.根据权利要求4所述的考虑回传约束的多用户联合调度和功率分配系统，其特征在于：所述接收模块包括：

确定子模块，用于确定多个用户的资源的联合或配对模式；

运行子模块，用于根据所述联合或配对模式对多个用户进行调度和分区。

6.根据权利要求5所述的考虑回传约束的多用户联合调度和功率分配系统，其特征在于：所述运行子模块包括：

匹配器，用于通过网络功率协调，控制每一配对用户所分配的功率，调节每一对节点间的功率域距离条件和用户服务质量需求相匹配；

编码器，用于按照每一配对用户所分配的功率，进行预编码，以对网络中波束赋形与功率进行智能调节。

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