專利名稱：中繼增強(qiáng)型蜂窩系統(tǒng)及其跨層貪婪比例公平性調(diào)度方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于多用戶無(wú)線通信系統(tǒng)，尤其涉及一種基于中繼增強(qiáng)型蜂窩系統(tǒng)跨層貪婪比例公平性調(diào)度算法，屬于無(wú)線通信領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
研究表明，基于中繼的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以有效地降低路徑損耗所造成的功率資源的浪費(fèi)，提高頻譜利用率，并可利用自組織ad hoc網(wǎng)的多跳連通思想提高網(wǎng)絡(luò)的抗毀性能，所以基于中繼的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及協(xié)作多路技術(shù)得到了廣泛研究和關(guān)注，并在新一代移動(dòng)通信、無(wú)線局域網(wǎng)和寬帶無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等標(biāo)準(zhǔn)的制定時(shí)都考慮了如何引入中繼協(xié)作處理的問(wèn)題。通過(guò)設(shè)計(jì)新型的中繼增強(qiáng)型蜂窩系統(tǒng)中的多用戶調(diào)度策略可以有效提高系統(tǒng)性能。
中繼增強(qiáng)型蜂窩系統(tǒng)借助中繼輔助通信，改善了小區(qū)邊緣地區(qū)及熱點(diǎn)地區(qū)的用戶通信質(zhì)量，擴(kuò)大了小區(qū)覆蓋面積，同時(shí)增加了系統(tǒng)頻譜資源利用率，提升了蜂窩通信系統(tǒng)整體性能。然而，由于中繼節(jié)點(diǎn)的增加，傳統(tǒng)的小區(qū)多用戶調(diào)度和資源分配算法不再適用，新型算法的設(shè)計(jì)成為中繼增強(qiáng)型蜂窩系統(tǒng)研究的關(guān)鍵問(wèn)題。
在無(wú)線通信系統(tǒng)中的系統(tǒng)資源的利用率和通信業(yè)務(wù)量是衡量系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)，與傳統(tǒng)蜂窩系統(tǒng)不同，中繼增強(qiáng)型蜂窩系統(tǒng)需要合理的分配第一子時(shí)隙和第二子時(shí)隙的系統(tǒng)資源，對(duì)于系統(tǒng)中的各個(gè)用戶而言，這兩個(gè)子時(shí)隙的資源分配是相互影響的，因此很難找到最優(yōu)的算法，為了尋找次優(yōu)的算法，常見(jiàn)的中繼增強(qiáng)蜂窩系統(tǒng)的調(diào)度算法將兩個(gè)子時(shí)隙獨(dú)立考慮，即人為假設(shè)兩個(gè)子時(shí)隙的調(diào)度策略互不影響，從而該系統(tǒng)的多用戶調(diào)度算法即可看成是傳統(tǒng)蜂窩系統(tǒng)下兩個(gè)時(shí)隙疊加的多用戶調(diào)度，從而可以應(yīng)用已有的傳統(tǒng)蜂窩系統(tǒng)中的多用戶調(diào)度算法推廣到中繼增強(qiáng)型蜂窩系統(tǒng)，然后，由于人為忽略了兩個(gè)子時(shí)隙調(diào)度策略的相互影響，以及是不同用戶加載的不同業(yè)務(wù)的基本要求，使得系統(tǒng)中無(wú)線資源被浪費(fèi)，系統(tǒng)資源利用率較低，同時(shí)還可能因?yàn)闊o(wú)法滿足業(yè)務(wù)需求而使得系統(tǒng)實(shí)際通信業(yè)務(wù)量下降，丟包率及包延時(shí)增大。
綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)對(duì)提高系統(tǒng)資源利用率、頻i普利用率和保證系統(tǒng)通信業(yè)務(wù)質(zhì)量仍然存在一定的缺陷，為最大化系統(tǒng)和速率，最優(yōu)化系統(tǒng)無(wú)線資源利用率，同時(shí)提高系統(tǒng)通信業(yè)務(wù)質(zhì)量，如何在中繼增強(qiáng)型蜂窩系統(tǒng)中設(shè)計(jì)一種高效的跨層多用戶調(diào)度算法具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種能顯著提高系統(tǒng)頻譜利用率，保持多用戶調(diào)度公平性并提高系統(tǒng)通信業(yè)務(wù)質(zhì)量的基于中繼增強(qiáng)型蜂窩系統(tǒng)及其跨層貪婪比例公平性調(diào)度方法。
技術(shù)方案本發(fā)明中繼增強(qiáng)型蜂窩系統(tǒng)，包括m個(gè)單天線收發(fā)機(jī)和; 個(gè)單天線雙向中繼，w個(gè)單天線收發(fā)機(jī)中的一個(gè)單天線收發(fā)機(jī)設(shè)置為基站，單天線收發(fā)機(jī)通過(guò)單天線雙向中繼與用戶兩跳通信或者與用戶直接一跳通信，其中w和都為自然數(shù)，其特征在于充當(dāng)基站的收發(fā)機(jī)還包括隊(duì)列緩存器及包調(diào)度器，隊(duì)列緩存器與包調(diào)度器雙向連接，
4包調(diào)度器的輸出端接充當(dāng)基站的收發(fā)機(jī)的調(diào)制器的輸入端。
所述的中繼增強(qiáng)型蜂窩系統(tǒng)的跨層貪婪比例公平性調(diào)度方法，其特征在于包括如下步驟
步驟1:子時(shí)隙2中第一次調(diào)度的初始化
分別初始化當(dāng)前時(shí)刻一跳用戶A:和兩跳用戶z'的傳輸速率^ ^ = 0、 —2)(0 = 0及占有的子載波集Q二O、 C, =0),其中A:e^、 /eC/2,上標(biāo)2表示兩跳用戶的第二跳鏈路，f表示當(dāng)前時(shí)刻，O表示空集，^表示一跳用戶集，^表示兩跳用戶集下同；步驟2:子載波的初次分配(1 )釆用所有子載波"上一跳用戶A:和兩跳用戶/的傳輸速率、 W、 < 2) (0,選擇具有
、"(0 "(")(Ol最大值的用戶F,其中"^i,2,…,A^為子載波索引號(hào)，7V為子載波數(shù)，
[及"0 ,
w、 iV都為自然數(shù)，(,) 、 ^)分別表示一跳用戶A:和兩跳用戶/在前f個(gè)時(shí)刻的平均
傳輸速率，下同；
(2 )將所有子載波w分配給步驟(1)所述的用戶F ,同時(shí)更新該用戶在當(dāng)前時(shí)刻的傳輸速率& (0及占用子載波集ci.: & W仨& W + Q , (0 , & — cfc* + {"},其中<~表示賦值，^"^)表示步驟(1)所述的用戶F在子載波上的傳輸速率，下同；
(3 )當(dāng)步驟(1 )所述的用戶F ,則更新該用戶緩存隊(duì)列長(zhǎng)度為
I處K
<formula>formula see original document page 5</formula>當(dāng)步驟(1)所述的用戶*、[/2，則更新該用戶所屬中繼站
中的緩存隊(duì)列長(zhǎng)度為《,^—《，^- y 。,其中f表示基站業(yè)務(wù)隊(duì)列緩存長(zhǎng)度，
r。表示一個(gè)調(diào)度時(shí)隙，《.2)(^表示步驟(1)所述的用戶F的傳輸速率；(4)更新可調(diào)度用戶集
當(dāng)被調(diào)度的步驟(1)所述的用戶F的緩存隊(duì)列長(zhǎng)度g. W《o或該用戶所屬中繼站
中的緩存隊(duì)列長(zhǎng)度《，(^《0,則將該用戶從可調(diào)度用戶集中去除，即w—c/廣^1或
步驟3: 更新一跳用戶A:和兩跳用戶/在前f + l時(shí)刻的平均傳輸速率i t("l),i 々+ l),A:e{l，U};
步驟4:子時(shí)隙2中第二次調(diào)度的初始化
初始化可^皮再次分配的子載波集4 = <D 、及其所屬的用戶集^ = 0>;步驟5:基于步驟(4)更新系統(tǒng)后的可調(diào)度用戶集對(duì)用戶分類，同時(shí)獲得可被重新分配的子載波集
當(dāng)下 一 時(shí)刻即&1時(shí)刻 一 跳或兩跳用戶A:，/滿足^G + l)2max(c^， 或
—2)" + l)2max{a,,2,A,2},則5<~5 + {6}、 ^ <~ 4或《<~《+W 、 4s—4+G,
其中maxW為最大化算子，minW為最小化算子，",〃 表示保證用戶丟包率約束和包延時(shí)
約束的傳輸速率的下界，下同；
步驟6:重新調(diào)度步驟5所述的可被再次調(diào)度的子載波(b )確定步驟a所述的可被重新調(diào)度的子栽波中具有
最大值的用
(a)當(dāng)所有可被再次調(diào)度的子載波"'e^滿足^(f + l)-rM々+ l)2max{c^,A}或一2)^ + l)-r二2.)G + l)2max(a,2,〃,2},則所述可被再次調(diào)度的子載波可以;故重新調(diào)度；
;("1)、("1)
戶/，其中/ef, ^為不滿足業(yè)務(wù)需求約束用戶集，； 々+ 1)、 42 "/ + 1)分別為不滿足業(yè)務(wù)需求約束用戶y中一跳和二跳用戶在步驟a所述的可被重新調(diào)度的子載波上的傳輸速率，^(f +1)為不滿疋業(yè)務(wù)需求約束用戶7在前r +1時(shí)刻的平均傳輸速率,下同；
(c) 將步驟a所述的可被再次調(diào)度的子載波分配給步驟b所述的用戶/ ,同時(shí)更新該用戶的傳輸速率和所占有的子載波集9G + l)仨7G + l) + r^々+ l)或
—.2) & +1) <~ rj.2) & +1) +& +1) 、 C, <~ C, + ,同時(shí)更新原用戶w的傳輸速率和所
占有的子載波集"命"+ l) ("l)或《)(,命^)(, + l)一^g,(, + l)、C) —，附"；
(d) 更新步驟a所述的可被再次調(diào)度的子載波集，即4—4
(e) 當(dāng)G々+ l)2maxk.,",j或r^)("l)2max(a72，y^21 ,則步驟b所述的用戶/從
不滿足業(yè)務(wù)需求約束用戶集中移除，即^(f +1) <~ <5力+1)-{/};
(f) 當(dāng)步驟b所述的用戶/為兩跳用戶，則更新該用戶所屬中繼的二跳鏈路容量i ,2("l)仨i ,2G + l) + r^,("l)，步驟b所述的用戶/屬于中繼/轄區(qū)；
步驟7:經(jīng)過(guò)兩次調(diào)度后，更新一跳用戶A:和兩跳用戶/再下一時(shí)刻Z + 2時(shí)刻的平均傳輸速率& + 2),i , (i + 2),A: e {1,2,...,;
步驟8:重復(fù)步驟1至步驟7完成子時(shí)隙1的調(diào)度。
有益效果本發(fā)明提出了一種基于中繼增強(qiáng)型蜂窩系統(tǒng)下的跨層多用戶調(diào)度算法。整個(gè)資源調(diào)度分兩步完成。首先，系統(tǒng)根據(jù)物理層信息實(shí)現(xiàn)中繼輔助兩跳通信的貪婪比例公平性資源調(diào)度，完成對(duì)系統(tǒng)資源的第一次分配。其次，為了提高系統(tǒng)通信業(yè)務(wù)質(zhì)量，綜合考慮系統(tǒng)中不同用戶所加載的不同業(yè)務(wù)的需求，對(duì)系統(tǒng)資源進(jìn)行第二次分配，盡量保證滿足各用戶通信業(yè)務(wù)的同時(shí)提高系統(tǒng)資源利用率等性能。隨著用戶數(shù)的增加，系統(tǒng)的容量不斷提升。這是因?yàn)椋鐚诱{(diào)度充分利用了多用戶分集增益。但系統(tǒng)用戶數(shù)上升時(shí)，多用戶增益增大，從而系統(tǒng)"和容量，，也隨之上升。與常見(jiàn)的中繼增強(qiáng)型蜂窩系統(tǒng)中貪婪調(diào)度和比例公平性調(diào)度相比，本發(fā)明提出的新型跨層調(diào)度算法大大提升了系統(tǒng)多業(yè)務(wù)的傳輸性能，只有少量的用戶無(wú)法滿足其業(yè)務(wù)對(duì)包延時(shí)的要求，同時(shí)幾乎所有用戶均滿足其業(yè)務(wù)的丟包率要求。這是因?yàn)?，跨層調(diào)度綜合考慮了系統(tǒng)多用戶不同業(yè)務(wù)的通信約束和物理層性能，最大化系統(tǒng)"和容量"的同時(shí)，盡量滿足了多用戶不同業(yè)務(wù)的通信約束。綜合可得出結(jié)論，本發(fā)明提出的新型跨層調(diào)度算法 在加載了多業(yè)務(wù)的中繼增強(qiáng)型蜂窩系統(tǒng)中，其性能優(yōu)于常見(jiàn)的貪婪調(diào)度及比例公平性調(diào)度。


圖1是本發(fā)明的中繼增強(qiáng)型蜂窩系統(tǒng)2是本發(fā)明的跨層調(diào)度機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明的通信系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖。20 圖4是在中繼增強(qiáng)系統(tǒng)中不同多用戶調(diào)度算法下，中繼增強(qiáng)型蜂窩系統(tǒng)跨層調(diào)度的系統(tǒng)"和容量"性能隨用戶數(shù)變化而變化的仿真曲線。
圖5是在中繼增強(qiáng)系統(tǒng)中不同多用戶調(diào)度算法下，中繼增強(qiáng)型蜂窩系統(tǒng)if爭(zhēng)層調(diào)度的包延時(shí)性能仿真曲線。
圖6是在中繼增強(qiáng)系統(tǒng)中不同多用戶調(diào)度算法下，中繼增強(qiáng)型蜂窩系統(tǒng)iE爭(zhēng)層調(diào)度的丟包率性能仿真曲線。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明
如圖1、圖2、圖3所示，通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括多個(gè)單天線收發(fā)機(jī)(既是發(fā)射機(jī)也是接收機(jī)，其中一個(gè)做為基站，其余的做為用戶)和多個(gè)單天線雙向中繼，每個(gè)收發(fā)機(jī)都由一個(gè)正交頻分復(fù)用(OFDM)調(diào)制器、 一個(gè)OFDM解調(diào)器、而充當(dāng)基站的收發(fā)機(jī)還包括多個(gè)用戶緩存隊(duì)列及包調(diào)度器，中繼由一個(gè)OFDM調(diào)制器、 一個(gè)OFDM解調(diào)器和所轄不同用戶不同業(yè)務(wù)的緩存隊(duì)列組成，該中繼為半雙工》文大轉(zhuǎn)發(fā)中繼。該多用戶通信系統(tǒng)采用OFDMA的方式作為多址接入方式，該系統(tǒng)的全頻帶被劃分為iV個(gè)子載波，在不同的時(shí)隙中，系統(tǒng)根據(jù)聯(lián)合路由選擇和比例公平性調(diào)度準(zhǔn)則將7V (iV為自然數(shù))個(gè)子載波被分為兩個(gè)子集(子信道)，子栽波l,…，7V,r被分配給兩跳用戶，子載波W,r,…，W被分配給一跳用戶(其中下標(biāo)中的r表示時(shí)隙號(hào)，當(dāng)"l是表示子時(shí)隙l, "2表示子時(shí)隙2)。
本發(fā)明的實(shí)施例公開(kāi)了一個(gè)完整的通信資源調(diào)度過(guò)程分為兩部分，首先，僅考慮系統(tǒng)物理層指標(biāo)，在兩跳通信中使用貪婪比例公平性多用戶調(diào)度策略為系統(tǒng)中多用戶完成資源調(diào)度，其次，結(jié)合系統(tǒng)中不同用戶的不同業(yè)務(wù)要求，將系統(tǒng)資源進(jìn)4亍二次調(diào)度，在保證滿足各用戶通信業(yè)務(wù)基本要求的前提下最優(yōu)化系統(tǒng)資源利用率，該方法的調(diào)度準(zhǔn)則如下
i+-
約束條件為
(1)iXJH,《"(,H
，:
』o
77 , , v/ 『
f W》max S , Z A，卜力e 5咖(5咖表示中繼節(jié)點(diǎn)集)r'(2) (,) 2 max {or, 2 ， ;9,2}, V/ e t/2上述調(diào)度準(zhǔn)則中，iv為子載波數(shù)，is:為用戶數(shù)，^表示一跳用戶集，K表示兩跳
用戶集，A表示一跳用戶索引號(hào)，/表示兩跳用戶索引號(hào)，we(l,2,…,A^為子載波索引號(hào)，re仏2》為時(shí)隙索引號(hào)。、 W, ;"W表示/時(shí)刻，用戶A:和用戶/在子載波w上的傳輸速
率。^(巧，^表示用戶A和用戶/在前f個(gè)時(shí)刻的平均傳輸速率?！秝^)表征了/時(shí)刻，子載波w在時(shí)隙r是否分配給了用戶A:。 a( )， 2力)表示用戶A:和用戶/的緩存隊(duì)列長(zhǎng)度，
F表示系統(tǒng)基站業(yè)務(wù)隊(duì)列緩存長(zhǎng)度，r。表示一個(gè)調(diào)度時(shí)隙，^表示經(jīng)歷的時(shí)間。a,/ 分
別為保證用戶丟包率約束和包延時(shí)約束的傳輸速率"O的下界。^表示中繼/輔助通信的用戶集。max{.}-最大化算子，min{.}-最小化算子，-求和運(yùn)算。下同。該方法的具體步驟如下
步驟1:完成子時(shí)隙2中第一次調(diào)度(即僅考慮物理層的貪婪比例^^平性調(diào)度)的初始化對(duì)于所有用戶A: e [/2,初始化該時(shí)刻的傳輸速率^ (0 = 0,—2) (0 = 0,及各用戶所占有的子載波集C;二O,C, =0>。(其中上標(biāo)(2)表示兩跳用戶的第二跳鏈路，①表示空集。)
步驟2:為了優(yōu)化第一次調(diào)度中的系統(tǒng)資源利用率，采用貪婪比例公平性多用戶調(diào)度策略，完成對(duì)系統(tǒng)子載波的初次分配。
對(duì)于所有子載波"=1: W ，進(jìn)行如下循環(huán)調(diào)度(1)計(jì)算該子栽波"下各用戶傳輸速率^^),^(^，"CVef/2 ,選擇具有
爐艦}
(2 )將該子載波分配給用戶F ,同時(shí)更新該用戶在時(shí)刻f的傳輸速率(0及占用子載(3)若Fe"，更新該用戶緩存隊(duì)列長(zhǎng)度為《.(0 <~《.W - ^'" W' ^ ;若Fet/，
最大值的用戶F
(2)
更新該用戶所屬中繼站中的緩存隊(duì)列長(zhǎng)度為《,( ) <~ g:， (f) - p
(4 )基于此次調(diào)度結(jié)果及調(diào)度準(zhǔn)則中的約束條件(2 )，更新系統(tǒng)的可調(diào)度用戶集如果被調(diào)度用戶F的緩存隊(duì)列長(zhǎng)度《.(0《0或《，(0^0,則將該用戶從可調(diào)度用
戶集中去除，即R仨^-^1或f/2仨C/2-^1。
步驟3 : 更新 一 跳用戶&和兩跳用戶！ 在前f+ 1時(shí)刻的平均傳輸速率
i 4("l)，i ,("l)，" {1,2,
步驟4:子時(shí)隙2中第二次調(diào)度(即為不同用戶加載的不同業(yè)務(wù)要求進(jìn)行的系統(tǒng)資源再調(diào)度)的初始化初始化可被再次分配的子載波集^ = O ,及其所屬的用戶集5 =①。
步驟5:根據(jù)第一次調(diào)度結(jié)果對(duì)用戶分類，同時(shí)獲得可被重新分配的子載波集根據(jù)滿足調(diào)度準(zhǔn)則的約束條件(3)將用戶分類，并獲得可重新分配的子載波資源若一跳或兩跳用戶z'滿足^ ( ) 2 max (c^， A}或—2) (0 ^ max {a, 2, 〃, 2}，貝'J 5 <~ 5 + {A:},
<~ 4 + G,或《<~ ^+{/}, 4 <~ 4 + c,。
步驟6:重新調(diào)度步驟5所述的可被再次調(diào)度的子載波(b )確定步驟a所述的可被重新調(diào)度的子載波中具有
最大值的用
(a)當(dāng)所有可被再次調(diào)度的子載波"'e^滿足^(^ + 1)-^ ,(/ + 1)2111&乂{^,;^}或—2)(, + 1)-2max{a;2,A2},則所述可被再次調(diào)度的子載波可以;故重新調(diào)度；
[A("1)、(, + 1)
戶/,其中/ef, ^為不滿足業(yè)務(wù)需求約束用戶集，。,(,+ 1)、《j(, + l)分別為不滿足業(yè)務(wù)需求約束用戶y中一跳和二跳用戶在步驟a所述的可被重新調(diào)度的子載波上的傳輸速率，(f+ 1)為不滿足業(yè)務(wù)需求約束用戶j在前f+ 1時(shí)刻的平均傳輸速率,下同；
(c) 將步驟a所述的可被再次調(diào)度的子載波分配給步驟b所述的用戶/ ,同時(shí)更新該用戶的傳輸速率和所占有的子載波集G.( + l)仨^(, + l) + r^,(r + l)或
,.2) G +1)仨《)G +1) +& +1) 、 C;. <~ C, + ，同時(shí)更新原用戶m的傳輸速率和所
占有的子載波集^("i)卄a"1)—^'(,")或《)(w)仨《)(,+i)-a,(,+i)、
Cm0 + l)<~Cm("l)-{"'}'附"；
(d) 更新步驟a所述的可被再次調(diào)度的子載波集，即4<~^-
(e )當(dāng)g. (" 1) 2 max{ .，y^.}或《2) ("1)2 max2,々 },則步驟b所述的用戶/從不滿足業(yè)務(wù)需求約束用戶集中移除，即^(r +1) <~ ^(f +1)-;
(f)當(dāng)步驟b所述的用戶/為兩跳用戶，則更新該用戶所屬中繼的二跳鏈路容量《2G + l)<~/ ,2(^ + l) + G(.2)w,("l)，步驟b所述的用戶/屬于中繼/轄區(qū)；
步驟7:經(jīng)過(guò)兩次調(diào)度后，更新一跳用戶A和兩跳用戶z'再下一時(shí)刻f + 2時(shí)刻的平均傳輸速率A("2),及,("2), A: e {1,2，…，
步驟8:子時(shí)隙1的調(diào)度，基于滿足兩跳用戶第二跳鏈路容量最大化準(zhǔn)則，完成這些節(jié)點(diǎn)所屬中繼節(jié)點(diǎn)的第 一跳資源調(diào)度。
根據(jù)獲得的各中繼第二跳傳輸速率沐,2 (r》及調(diào)度準(zhǔn)則約束條件(3)下的中繼約束，
調(diào)度子載波集，并更新剩余可用子載波集。完成調(diào)度后需要滿足V/eB咖(5咖表示中繼節(jié)點(diǎn)集)，&(0^,，2(0
《勿(,)》max J Z, S1, V/ e 5咖(51,表示中繼/輔助通信的用戶集)
步驟9:利用剩余子載波，完成一跳用戶在子時(shí)隙1的子載波調(diào)度，同時(shí)需要滿足這些用戶的不同業(yè)務(wù)需求的約束
(g) 第一次調(diào)度基于調(diào)度準(zhǔn)則中約束條件(1) (2)的比例公平性調(diào)度算法步驟；
(h) 第二次調(diào)度基于各用戶加載業(yè)務(wù)需求的要求重新分配子載波。
圖4給出了中繼增強(qiáng)型蜂窩系統(tǒng)中跨層調(diào)度的系統(tǒng)"和容量"性能，與常見(jiàn)的貪婪調(diào)度和比例公平性調(diào)度相比，本發(fā)明提出的新型跨層調(diào)度算法可提高系統(tǒng)"和容量"。這是因?yàn)?，所提出的跨層調(diào)度算法聯(lián)合考慮了系統(tǒng)多用戶的不同業(yè)務(wù)性能約束和系統(tǒng)"和容量，，，在盡量滿足了用戶不同業(yè)務(wù)的性能約束下，最大化系統(tǒng)"和容量"。而貪婪調(diào)度和比例公平性調(diào)度沒(méi)有考慮多種業(yè)務(wù)的性能約束，使得系統(tǒng)中各用戶的業(yè)務(wù)無(wú)法正確傳輸，影響了系統(tǒng)"和容量"。同時(shí)，隨著用戶數(shù)的增加，系統(tǒng)的容量不斷提升。這是因?yàn)?，跨層調(diào)度充分利用了多用戶分集增益。但系統(tǒng)用戶數(shù)上升時(shí)，多用戶增益增大，從而系統(tǒng)"和容量"也隨之上升。
圖5~圖6給出了中繼增強(qiáng)型蜂窩系統(tǒng)中跨層調(diào)度的包延時(shí)和丟包率性能。與常見(jiàn)的 貪婪調(diào)度和比例公平性調(diào)度相比，本發(fā)明提出的新型跨層調(diào)度算法大大^是升了系統(tǒng)多業(yè) i的傳輸性能，只有少量的用戶無(wú)法滿足其業(yè)務(wù)對(duì)包延時(shí)的要求，同時(shí)幾乎所有用戶均 滿足其業(yè)務(wù)的丟包率要求。這是因?yàn)椋鐚诱{(diào)度綜合考慮了系統(tǒng)多用戶不同業(yè)務(wù)的性能 約束和物理層性能，最大化系統(tǒng)"和容量，，的同時(shí)，盡量滿足了多用戶不同業(yè)務(wù)的性能約 束。
°綜合以上仿真結(jié)果，可得出結(jié)論，所提出的新型跨層調(diào)度算法，在加載了多業(yè)務(wù)的 中繼增強(qiáng)型蜂窩系統(tǒng)中，其性能優(yōu)于貪婪調(diào)度及比例公平性調(diào)度。
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權(quán)利要求
1、一種中繼增強(qiáng)型蜂窩系統(tǒng)，包括m個(gè)單天線收發(fā)機(jī)和p個(gè)單天線雙向中繼，m個(gè)單天線收發(fā)機(jī)中的一個(gè)單天線收發(fā)機(jī)設(shè)置為基站，單天線收發(fā)機(jī)通過(guò)單天線雙向中繼與用戶兩跳通信或者與用戶直接一跳通信，其中m和p都為自然數(shù)，其特征在于充當(dāng)基站的收發(fā)機(jī)還包括隊(duì)列緩存器及包調(diào)度器，隊(duì)列緩存器與包調(diào)度器雙向連接，包調(diào)度器的輸出端接充當(dāng)基站的收發(fā)機(jī)的調(diào)制器的輸入端。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的中繼增強(qiáng)型蜂窩系統(tǒng)，其特征在于所述單天線雙向中繼為 半雙工》文大轉(zhuǎn)發(fā)中繼。
3 、 一種基于權(quán)利要求1所述的中繼增強(qiáng)型蜂窩系統(tǒng)的跨層貪婪比例公平性調(diào)度方法， 其特征在于包括如下步驟步驟1:子時(shí)隙2中第 一次調(diào)度的初始化分別初始化當(dāng)前時(shí)刻一跳用戶A和兩跳用戶/的傳輸速率^(^ = 0、 "2)(^ = 0及占有 的子載波集C; = (D、 C, = (D ,其中A: e C/P / e C/2 ，上標(biāo)2表示兩跳用戶的第二跳鏈路，Z表 示當(dāng)前時(shí)刻，O表示空集，^表示一跳用戶集，^表示兩跳用戶集，下同； 步驟2:子載波的初次分配 (1)采用所有子載波"上一跳用戶A:和兩跳用戶/的傳輸速率、JO、 < 2)(0,選擇具有"i)(^L最大值的用戶f,其中""l,2,…,A^為子載波索引號(hào)，7V為子載波數(shù)，n、 iV都為自然數(shù)，AG) 、 ^(。分別表示一跳用戶A和兩跳用戶i在前；個(gè)時(shí)刻的平均 傳輸速率，下同；(2)將所有子載波n分配給步驟(1)所述的用戶F ，同時(shí)更新該用戶在當(dāng)前時(shí)刻的傳 輸速率&(0及占用子載波集q.: —~々)+ ^."(0， Ct.—C4.+{"}，其中仨表示賦值， ."(f)表示步驟(i)所述的用戶r在子載波上的傳輸速率，下同；(3 )當(dāng)步驟(1 )所述的用戶F e ^ ，則更新該用戶緩存隊(duì)列長(zhǎng)度為 (0 —《.r。;當(dāng)步驟(1)所述的用戶F e t/2,則更新該用戶所屬中繼站(2)中的緩存隊(duì)列長(zhǎng)度為《dh)- 。'其中F表示基站業(yè)務(wù)隊(duì)列緩存長(zhǎng)度，r。表示一個(gè)調(diào)度時(shí)隙，f W表示步驟(1)所述的用戶r的傳輸速率； (4)更新可調(diào)度用戶集當(dāng)被調(diào)度的步驟(1)所述的用戶廣的緩存隊(duì)列長(zhǎng)度g. ( ) ^ 0或該用戶所屬中繼站中的緩存隊(duì)列長(zhǎng)度《，《0 ，則將該用戶從可調(diào)度用戶集中去除，即R仨R -或步驟3: 更新一跳用戶A:和兩跳用戶/在前f + l時(shí)刻的平均傳輸速率 ^ ("1),《("1)," {1,2,步驟4:子時(shí)隙2中第二次調(diào)度的初始化初始化可被再次分配的子載波集4=0、及其所屬的用戶集3 =①；步驟5:基于步驟(4)更新系統(tǒng)后的可調(diào)度用戶集對(duì)用戶分類，同時(shí)獲得可被重新(b )確定步驟a所述的可被重新調(diào)度的子載波中具有最大值的用分配的子載波集當(dāng)下 一 時(shí)刻即汁l時(shí)刻 一 跳或兩跳用戶)M滿足^ ( + l) 2 max(A, 或 —2)G + l)》max{a,2,A,2}，貝'—5 + 、 ^ —毛+(^或<5 <~ 5 + ".} 、 ^+C,，其中maxW為最大化算子，minW為最小化算子，",〃 表示保證用戶丟包率約束和包延時(shí)約束的傳輸速率的下界，下同；步驟6:重新調(diào)度步驟5所述的可被再次調(diào)度的子載波 (a)當(dāng)所有可被再次調(diào)度的子載波"'e^滿足^G + l)-、n々+ l)2max(A,々d或r'(2) & +1)-《,)+1) ^ max {a, 2,2}，則所述可被再次調(diào)度的子載波可以被重新調(diào)度；K("l)、("l)戶/,其中_/€<^, ^為不滿足業(yè)務(wù)需求約束用戶集，。, ,("1)、 g々+ l)分別為不滿足業(yè)務(wù)需求約束用戶/中一跳和二跳用戶在步驟a所述的可被重新調(diào)度的子載波上的傳 輸速率，G +1)為不滿足業(yè)務(wù)需求約束用戶/在前f + l時(shí)刻的平均傳輸速率，下同；(c) 將步驟a所述的可被再次調(diào)度的子載波分配給步驟b所述的用戶/ ,同時(shí)更新該 用戶的傳輸速率和所占有的子載波集+ —^G + l) + r^々+ l)或《2)(/ + 1)—+ 1)1)、 Cy <~C7, +{"'},同時(shí)更新原用戶w的傳輸速率和所占有的子載波集..r力+l)仨^("1)-^, ,(, + 1)或《)("1)—《i(, + l)、 Cm0 + l)<~Cm(/ + l) —{"， ， we5;(d) 更新步驟a所述的可被再次調(diào)度的子載波集，即4 <~ 4(e) 當(dāng)G,("l)2max!c^"/ ^或。(.2)("l)2max(a乂2,/^,2)，則步驟b所述的用戶/從不滿足業(yè)務(wù)需求約束用戶集中移除，即^+1) <~ ^0 +1)-;(f) 當(dāng)步驟b所述的用戶/為兩跳用戶，則更新該用戶所屬中繼的二跳鏈路容量 及,2(/ + 1)—及,2("1) + 。(.2)"々+ 1)'步驟b所述的用戶/屬于中繼/轄區(qū)；步驟7:經(jīng)過(guò)兩次調(diào)度后，更新一跳用戶6和兩跳用戶/再下一時(shí)刻,+ 2時(shí)刻的平均 傳輸速率&(/ + 2), / ,(/ +2), A: e {1， 2， ，《};步驟8:重復(fù)步驟l至步驟7完成子時(shí)隙1的調(diào)度。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種中繼增強(qiáng)型蜂窩系統(tǒng)及其跨層貪婪比例公平性調(diào)度方法，本發(fā)明系統(tǒng)包括m個(gè)單天線收發(fā)機(jī)和p個(gè)單天線雙向中繼，m個(gè)單天線收發(fā)機(jī)中的一個(gè)單天線收發(fā)機(jī)設(shè)置為基站，充當(dāng)基站的收發(fā)機(jī)還包括隊(duì)列緩存器及包調(diào)度器。本發(fā)明所述方法首先使用貪婪比例公平性調(diào)度完成兩跳通信的無(wú)線資源調(diào)度，確定各用戶所占有的資源，其次，從系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層上考慮，根據(jù)各用戶的不同業(yè)務(wù)的基本要求將無(wú)線資源重新分配一次。本發(fā)明有效地避免了傳統(tǒng)中繼增強(qiáng)型蜂窩系統(tǒng)多用戶調(diào)度算法由于未考慮不同業(yè)務(wù)需求而對(duì)系統(tǒng)資源的浪費(fèi)，降低系統(tǒng)通信的穩(wěn)定性，而與現(xiàn)有的中繼通信系統(tǒng)相比實(shí)現(xiàn)了更高的系統(tǒng)資源利用率。
文檔編號(hào)H04W72/04GK101646240SQ20091003422
公開(kāi)日2010年2月10日 申請(qǐng)日期2009年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月26日
發(fā)明者吳敏恬, 昊 徐, 汀 李, 楊綠溪, 陳瑾平 申請(qǐng)人:東南大學(xué)