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一种eLWA系统中上行自适应带宽功率分配决策算法及实现装置

阅读:544发布:2020-05-12

专利汇可以提供一种eLWA系统中上行自适应带宽功率分配决策算法及实现装置专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种双连接系统中的上行自适应带宽和功率分配决策方案及其实现装置,包括:首先双连接用户根据自身QoS 请求 与信道 质量 初始化用户集,然后通过自适应带宽功率分配决策 算法 ,根据目标效用函数,初始化后的用户,对其连接的不同无线接入点的功率和带宽进行分配,使得用户的效用最大化。从而在保证用户QoS需求的同时,显著地提高系统吞吐量。,下面是一种eLWA系统中上行自适应带宽功率分配决策算法及实现装置专利的具体信息内容。

1.一种eLWA系统中的上行自适应带宽功率分配决策方案,其特征在于,包括:
将常见的业务定义为常速率业务(CBR),下载类业务(DS)以及变速率业务(VBR),通过提出的自适应带宽功率分配决策算法,用户对与其连接的不同无线接入点的上行功率,和针对三种不同的业务的带宽进行协同分配,使得用户的效用最大化,从而让同时接收多种业务的终端体验最大化;
按照上述方案,动态调整采用双连接方案的用户功率带宽。
2.根据权利要求1所述的自适应带宽功率分配决策算法,其特征在于:
(1)由于不同业务的优先级不同,不同的业务类型的效用函数也不同:
常速率业务(Constant bit rate,CBR)的效用函数
变速率业务(Variable bit rate,VBR)的效用函数
下载类业务(Download service,DS)的效用函数:
其中Ur代表业务的效用,Vr代表用户的速率,r∈R表示业务的集合R∈{CBR,DS,VBR};
(2)对于不同的业务,UE在蜂窝链路与WLAN链路的总速率可以表示为:
s w
其中, 和 代表第i个用户在蜂窝链路和在WLAN链路上r业务分到的带宽;Pi 和Pi代表第i个用户在蜂窝和WLAN链路上所分配的功率; 和 代表第i个用户在蜂窝和WLAN链路上所接收到的干扰和噪声之和,那么资源分配问题可以表示为如下优化问题:
s.t.Pis+Piw≤Pmax,i
其中 和 代表第i个用户在蜂窝和WLAN链路上所得到的带宽,最终利用KKT条件求解可得:
两条链路上的功率分配为:
Piw=Pmax,i-Pis
其中的N(Vi,DS)与M(Vi,VBR)为:
对于DS业务:
对于VBR业务:
这里 代表除x以外的链路上的速率和,即x为蜂窝链路则 为 使用梯度
下降法迭代求出λs和λw,可以得到:
其中εs和εw为正,代表极小步长,用户侧可以迭代λs和λw,并不需要存储每个迭代周期的带宽与功率分配情况,通过迭代,带宽和功率分配可以适应状态时刻变化的用户需求。
3.一种eLWA系统中的上行自适应带宽功率分配决策装置,包括:
小区信息获取模,用于更新系统当前时隙用户u与每个小区之间的链路状态信息;
基站选择模块,统计满足用户的QoS请求和链路状态,用户选择最优的链路进行数据传输;
带宽和功率控制模块,根据由小区链路状态信息,通过梯度下降法寻找使效用函数最优化的带宽和功率控制方案,对小区内的用户进行调整。

说明书全文

一种eLWA系统中上行自适应带宽功率分配决策算法及实现

装置

技术领域

[0001] 本发明涉及无线通信技术领域,具体涉及异构网融合系统的上行 自适应带宽功率分配决策算法以及实现上述算法的装置。

背景技术

[0002] 通过用户与LTE eNB和WLAN AP同时连接,可以减少甚至避 免通信中的无线链路故障和服务中断现象,并提升系统吞吐量。双连 接的这一优势在LTE网络中被广泛应用。
[0003] 合理的带宽功率分配不仅可以提高吞吐量,还可以提高移动鲁棒 性。在双连接上行链路中,多个用户共享有限的无线传输资源,用户 之间通过协作和竞争的方式优化各自的目标参数。对于双连接的上行 链路中主要考虑对于不同业务的带宽分配以及发射端在启用双连接 时的功率分配问题。

发明内容

[0004] 本发明提出了一种eLWA系统中的上行自适应带宽功率分配决 策算法及实现装置,以保证在满足用户QoS请求的前提下,尽可能 地让上行链路获得更大的系统吞吐量,并且降低主基站的负载,以此 来达到系统均衡,有效地提高系统吞吐量。
[0005] 本发明的具体实现过程如下:
[0006] 步骤1、由于不同业务的优先级不同,不同的业务类型的效用函 数也不同。
[0007] 常速率业务(Constant bit rate,CBR)的效用函数:
[0008]
[0009] 变速率业务(Variable bit rate,VBR)的效用函数:
[0010]
[0011] 下载类业务(Download service,DS)的效用函数:
[0012]
[0013] 其中Ur代表业务的效用,Vr代表用户的速率,r∈R表示业务的集 合R∈{CBR,DS,VBR}。
[0014] 步骤2、对于不同的业务,UE在蜂窝链路与WLAN链路的总速 率可以表示为:
[0015]
[0016] 其中, 和 代表第i个用户在蜂窝链路和在WLAN链路上 r业务分到的带宽。s w s w
Pi和Pi代表第i个用户在蜂窝和WLAN链路上 所分配的功率。Ei 和Ei代表第i个用户在蜂窝和WLAN链路上所 接收到的干扰和噪声之和。那么资源分配问题可以表示为如下优化问 题:
[0017]
[0018]
[0019]
[0020]
[0021] 其中Bis和Biw代表第i个用户在蜂窝和WLAN链路上所得到的 带宽,该式中的异构网络功率和带宽分配问题,为不等式约束的非线 性优化问题,求解可以使用KKT条件,其拉格朗日函数为:
[0022]
[0023] 步骤3、对于上式,如果想要获取最大效用,首先,要保证CBR 业务的速率超过业务要求的基本传输速率,比如语音业务的8Kbps 的传输限。
[0024]
[0025] 保证CBR业务的同时,也要尽量节省在CBR业务上所占用的带 宽基于 与 的线性关系,采用单连接 是节约带宽的最佳方案。所以我们比较两个链路上的频谱效率,选择 最优的链路来传输CBR业务。
[0026]
[0027] 步骤4、此时,CBR业务的效用为1,可以简化目标函数为
[0028]
[0029] 然后,在logUi,r为凸函数的情况下,该式有唯一解,所以满足:
[0030]
[0031]
[0032] λp(Pis+Piw-Pmax,i)=0
[0033] 其中x∈{S,W},S代表蜂窝链路,W代表WLAN链路。
[0034] 首先,对功率分配问题进行分析,可得:
[0035]
[0036] 定义N(Vi,DS)与M(Vi,VBR)来简化表达式
[0037]
[0038]
[0039] 对于蜂窝链路:
[0040]
[0041] 对于WLAN链路:
[0042]
[0043] 经过分析可知,当效用最大的时候,功率一定是完全分配的,不 会存在闲置的功率,所以有Pis+Piw=Pmax,i;可以得到:
[0044]
[0045] Piw=Pmax,i-Pis
[0046] 然后,对带宽分配问题进行分析,可得:
[0047]
[0048]
[0049] 对于DS业务:
[0050]
[0051] 对于VBR业务:
[0052]
[0053] 其中,这里 代表除x以外的链路上的速率和,即x为蜂窝 链路则 为使用梯度下降法迭代求出λs和λw,可以得到:
[0054]
[0055]
[0056] 其中εs和εw为正,代表极小步长,用户侧可以迭代λs和λw,并 不需要存储每个迭代周期的带宽与功率分配情况,通过迭代,带宽和 功率分配可以适应状态时刻变化的用户需求。
[0057] 下面通过仿真对算法性能进行评估。
[0058] 对eLWA系统中上行自适应带宽功率分配决策算法进行建模,假 设系统内U个用户和C个小区,用户在每个小区中随机分布,所有 用户都可以在单连接和双连接之间切换,这意味着用户可以随时启动 双连接ON/OFF模式。我们在混合业务场景下,对系统的性能进行了 仿真分析,仿真参数如下表所示:
[0059]
[0060] 根据仿真参数,对eLWA自适应带宽功率分配算法进行了性能评 估,仿真结果如图2所示,表明这种算法可以有效地提升用户侧的效 用,改善用户体验。仿真结果还表明,与经典的上行双连接固定带宽 功率分配算法相比较,自适应带宽功率分配算法可以降低不同业务的 时延,如图3所示。
附图说明
[0061] 图1 LWA用户平面协议结构
[0062] 图2自适应带宽功率分配算法与固定资源分配算法的用户 总效用对比[0063] 图3不同业务下的自适应带宽功率分配算法与固定资源分 配算法时延CDF图。
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