輸誤碼率僅為6. 30 %，而未考慮反饋 優(yōu)化的方法對應(yīng)用戶數(shù)據(jù)傳輸誤碼率為9. 62%。同時(shí)，在相同傳輸誤碼率的條件下，相比于 未考慮反饋優(yōu)化方法，本發(fā)明所述方法可明顯降低基站天線開啟數(shù)，從而達(dá)到節(jié)能目的。例 如，當(dāng)傳輸誤碼率均要求達(dá)到10%左右時(shí)，使用本發(fā)明所述方法，基站僅需開啟1根天線即 可，而使用未考慮反饋優(yōu)化的方法則需要基站開啟4根天線。
[0081] 圖5為小區(qū)內(nèi)用戶接入數(shù)與基站天線開啟數(shù)的情況對比圖。由圖5可知，當(dāng)基站 開啟相同天線數(shù)時(shí)，相比于不采用反饋優(yōu)化方法，采用本發(fā)明所述方法可顯著提升小區(qū)內(nèi) 用戶接入數(shù)。某時(shí)刻，當(dāng)小區(qū)內(nèi)有8個(gè)用戶需要接入基站時(shí)，本發(fā)明所述方法基站只需開啟 4根基站，而采用未考慮反饋優(yōu)化的方法，需要基站開啟6根天線。由此可見，當(dāng)用戶數(shù)接入 相同條件下，采用本發(fā)明所述方法可有效降低基站天線開啟數(shù)，換言之，若基站開啟天線數(shù) 相同，則采用本發(fā)明方法時(shí)，小區(qū)基站可接入更多的用戶。
[0082] 為了與現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明所述方法中的各個(gè)反饋優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行比較，圖6同時(shí)對 不同方法的系統(tǒng)收益進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)。圖6根據(jù)不同反饋優(yōu)化目標(biāo)條件下，本發(fā)明所述方 法與現(xiàn)有技術(shù)方法的系統(tǒng)收益對比圖。由圖6可知，在基站開啟任意天線數(shù)的條件下，本發(fā) 明所述方案中綜合考慮用戶接收功率和用戶數(shù)據(jù)傳輸誤碼率時(shí)，可獲得最大系統(tǒng)收益，所 述方法中的只考慮功率反饋策略所獲得的系統(tǒng)收益要優(yōu)于只考慮用戶接收功率所獲得的 系統(tǒng)收益，但三種情況所獲得的系統(tǒng)收益均優(yōu)于未考慮反饋優(yōu)化的方法，進(jìn)一步證明了使 用本發(fā)明所述將使系統(tǒng)獲得更大的收益。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于POMDP的受控?zé)o線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)資源分配方法，其特征在于：在某個(gè)通信小區(qū) 內(nèi)，包含有一個(gè)具有N根天線的基站和M個(gè)單天線的用戶，當(dāng)已知小區(qū)用戶接入數(shù)的狀態(tài)轉(zhuǎn) 移概率矩陣和反饋網(wǎng)絡(luò)用戶接收功率和數(shù)據(jù)傳輸誤碼率的QoS指標(biāo)的觀測矩陣后，依據(jù)某 一時(shí)刻用戶接入數(shù)的信度狀態(tài)概率，從而獲得此時(shí)刻具有最大收益的基站天線開啟數(shù)和下 一時(shí)刻小區(qū)用戶最優(yōu)接入數(shù)，具體依次按W下步驟實(shí)現(xiàn)： 步驟（1)，系統(tǒng)初始化，根據(jù)實(shí)際情況有： 小區(qū)內(nèi)包含有M個(gè)單天線用戶，某一時(shí)刻，需要接入基站的用戶數(shù)表示為Si，S2,… ，Sm，…，SM，Sm表示有m個(gè)用戶接入基站，同時(shí)，包含有一個(gè)N根天線的基站，開啟天線數(shù)表示 為Ti，T2,…，T。，…，町，T。表示基站開啟n根天線；基站與各用戶之間的傳輸帶寬為B，信道 衰落系數(shù)均為h&D，基站發(fā)送功率為口1。1。1，各發(fā)送天線均相同，對應(yīng)每根天線的發(fā)送功率Ptf =PtDhi/N，系統(tǒng)噪聲功率表示為曰； 步驟（2)，構(gòu)造用戶接入基站數(shù)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣：根據(jù)基站開啟各個(gè)天線數(shù)，確定小區(qū) 內(nèi)用戶接入數(shù)的轉(zhuǎn)移概率矩陣，當(dāng)基站開啟天線數(shù)為T。時(shí)，小區(qū)用戶接入數(shù)轉(zhuǎn)移概率矩陣 S。表不為：用S康示當(dāng)前時(shí)刻，用戶接入基站數(shù)為i個(gè)，其中1《i《M，s'，表示下一時(shí)刻，用戶 接入基站數(shù)為j個(gè)，其中1《i《M，Pi,表示用戶接入基站數(shù)從i個(gè)到j(luò)個(gè)的概率，其計(jì)算 方法表示如下： 當(dāng)基站開啟天線數(shù)為T。時(shí)，隨機(jī)重復(fù)A次觀測，觀察用戶接入數(shù)轉(zhuǎn)移情況，當(dāng)用戶接入 基站數(shù)從i個(gè)轉(zhuǎn)移到j(luò)個(gè)共有B度《A)次時(shí)，概率Pi,表示為：步驟（3)，構(gòu)造反饋觀測矩陣：根據(jù)反饋控制策略，針對系統(tǒng)待優(yōu)化的反饋QoS目標(biāo)，即 用戶接收功率和用戶傳輸誤碼率，確定觀測矩陣，具體步驟如下： 步驟（3. 1)，當(dāng)開啟天線數(shù)為T。，用戶接入基站數(shù)為m時(shí)，計(jì)算用戶接收功率，表示為：其中，基站的發(fā)射功率為每一根天線的發(fā)射功率表示為Ptf=Pt"w/N，1。為基站 與用戶之間的距離，H。為用戶天線高度，h為路徑衰落系數(shù)； 步驟（3. 2)，當(dāng)開啟天線數(shù)為T。，用戶接入基站數(shù)為m時(shí)，計(jì)算用戶傳輸誤碼率： 小區(qū)內(nèi)用戶接收基站發(fā)送數(shù)據(jù)的誤碼率會(huì)隨用戶接入數(shù)與基站開啟數(shù)，W及路徑損耗 有關(guān)，因此，用戶接收誤碼率表示為：步驟（3. 3)，當(dāng)基站開啟天線數(shù)為T。時(shí)，根據(jù)用戶接收功率和用戶傳輸誤碼率，計(jì)算系 統(tǒng)反饋觀測概率矩陣0。，表示為：其中，〇1表示考慮用戶接收功率所帶來的影響，0 2表示考慮數(shù)據(jù)傳輸誤碼率所帶來的 影響，PPmi表示在用戶接入數(shù)是m個(gè)的情況下，滿足用戶接收功率的口限闊值a的概率， PPm2表示在用戶接入數(shù)是m個(gè)的情況下，滿足用戶誤碼率的口限闊值P的概率，n限闊值 a和P分別滿足：其中，5和e分別滿足： 0<5《1，〇<￡《1 步驟（4)，在完成步驟（1)-步驟做構(gòu)造用戶數(shù)轉(zhuǎn)移矩陣和反饋觀測矩陣后，開始計(jì)算 每一時(shí)刻的最優(yōu)資源分配，按下式計(jì)算所述的用戶信度狀態(tài)概率，即根據(jù)天線開啟數(shù)T。所 對應(yīng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣S。和反饋觀測矩陣0。，W及上一時(shí)刻k-1的用戶信度狀態(tài)值b(S)。1"， 計(jì)算此時(shí)刻k的b"Jl:其中，S"(S'm|Sm，T。）表示在基站開啟天線數(shù)為T。時(shí)，用戶接入數(shù)從Sm轉(zhuǎn)移到s'm的概 率，0。(〇1|3\，1'。）表示在基站開啟天線數(shù)為1'。時(shí)，接入用戶數(shù)3\對應(yīng)第1種反饋0〇5優(yōu)化 目標(biāo)的概率，1 = 1或1 = 2,n為中間變量，第一時(shí)刻的初始b(s)"Jt設(shè)定為：分別計(jì)算后，分別帶入值，得到在基站天線開啟數(shù)從1至TW、接入用戶數(shù)從1到M、 對應(yīng)兩種反饋QoS優(yōu)化目標(biāo)的b'（s'）矩陣：步驟巧），計(jì)算基站開啟天線數(shù)為T。、接入用戶數(shù)為Sm時(shí)的系統(tǒng)傳輸速率C。"，即對應(yīng)各 種情形所獲得的數(shù)據(jù)傳輸速率C:步驟化），根據(jù)步驟（4)所得的b'（s'）和步驟妨所得的數(shù)據(jù)傳輸速率C，計(jì)算系統(tǒng) 在考慮第1種反饋QoS優(yōu)化目標(biāo)時(shí)，1 = 1或1 = 2,基站天線開啟數(shù)從1至T。所獲得的系 統(tǒng)收益:其中，R?二Cnm*bnlm; 步驟（7)，確定優(yōu)化目標(biāo)： 步驟（7. 1)，對應(yīng)第1種反饋QoS優(yōu)化目標(biāo)方法，確定收益馬表示為：即選取成，中最大的Rnm所對應(yīng)的Tn，即為當(dāng)前時(shí)刻k時(shí)，對應(yīng)考慮第1種反饋QoS優(yōu)化 目標(biāo)方法時(shí)應(yīng)開啟的基站天線數(shù)，1 = 1或1 = 2,對應(yīng)的Sm，即為下一時(shí)刻k+1時(shí)，小區(qū)用 戶接入數(shù)的初始狀態(tài)b(S)。1"; 步驟（7. 2)，綜合考慮用戶接收功率和數(shù)據(jù)傳輸誤碼率的最大收益，表示為：其中，丫和A分別為兩種反饋QoS優(yōu)化目標(biāo)方法所對應(yīng)的權(quán)重系數(shù)，滿足：若優(yōu)先考慮用戶接收功率，則有丫 >A;若優(yōu)先考慮數(shù)據(jù)傳輸誤碼率，則有丫 <入。
【專利摘要】基于POMDP的受控?zé)o線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)資源分配方法，屬于受控?zé)o線網(wǎng)絡(luò)與通信資源分配領(lǐng)域。通過構(gòu)造小區(qū)用戶接入基站數(shù)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣和反饋觀測矩陣，計(jì)算用戶信度狀態(tài)概率和用戶依據(jù)基站天線開啟數(shù)所獲得的傳輸速率，從而判決系統(tǒng)獲得最大收益時(shí)的基站天線開啟數(shù)與最優(yōu)用戶接入數(shù)，完成小區(qū)內(nèi)最優(yōu)資源分配。本發(fā)明是在小區(qū)中存在多個(gè)用戶和一個(gè)多天線基站的情況下，分別以小區(qū)內(nèi)用戶接收功率最大和用戶數(shù)據(jù)傳輸誤碼率最小，從而獲得最大系統(tǒng)收益為目標(biāo)，確定最終的基站天線開啟數(shù)和用戶接入基站數(shù)。本發(fā)明克服了能源過度消耗、小區(qū)基站負(fù)載較大、天線開啟與用戶接入數(shù)不匹配等問題。在提高用戶接收功率、抗干擾和系統(tǒng)整體收益方面具有一定的優(yōu)勢。
【IPC分類】H04W16/10, H04W72/08
【公開號】CN105007582
【申請?zhí)枴緾N201510271561
【發(fā)明人】張延華, 李萌, 閆玉瑋, 孫恩昌, 司鵬搏, 楊睿哲, 孫艷華
【申請人】北京工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年10月28日
【申請日】2015年5月25日