[發(fā)明專利]一種面向過程優(yōu)化的多天線海域信息港協(xié)同資源調(diào)配方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710555488.8
• 申請日: 2017-07-10
• 公開（公告）號: CN107517467B
• 公開（公告）日: 2019-09-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馮偉;魏特;葛寧;肖藹玲;陸建華
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學
• 主分類號: H04W16/22
• 分類號: H04W16/22;H04W52/34;H04W72/04;H04W72/12;H04L5/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

本發(fā)明涉及一種面向過程優(yōu)化的多天線海域信息港協(xié)同資源調(diào)配方法，屬于無線通信中無線資源分配技術(shù)領(lǐng)域，該方法包括：將所有用戶的業(yè)務過程時長分解為若干時隙，根據(jù)系統(tǒng)中的約束條件，構(gòu)建優(yōu)化模型：根據(jù)優(yōu)化模型，計算最大功率和最小業(yè)務量約束下該優(yōu)化模型的最優(yōu)解；得到的最優(yōu)解P是否為可行解，若是可行解，則將P作為多天線海域信息港協(xié)同資源調(diào)配的結(jié)果：若不是，則使P逐步逼近可行解；得到海域信息港協(xié)同資源調(diào)配的結(jié)果。本發(fā)明利用航船的航線信息和用戶的業(yè)務需求信息，以及海域信道的大尺度衰落特性，提高資源分配效率，以降低系統(tǒng)功耗，提升海上用戶的寬帶通信服務質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線通信中無線資源分配技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種多用戶多天線海域通信系統(tǒng)的協(xié)同用戶調(diào)度和功率分配方案。

背景技術(shù)

我國海域范圍廣闊，大陸海岸線綿長，海洋經(jīng)濟十分活躍。為滿足游船、商船、漁船、海監(jiān)船等應用需求，保障近海海域通航安全，提升涉海人員生活質(zhì)量，促進海洋經(jīng)濟進一步發(fā)展，亟待發(fā)展海域?qū)拵ㄐ偶夹g(shù)。現(xiàn)有LTE(Long Term Evolution，長期演進)網(wǎng)絡主體面向陸地覆蓋，側(cè)重解決城區(qū)、郊區(qū)的通信問題，技術(shù)上很依賴大范圍密集布站。海面上很難建設(shè)基站，因此，海域?qū)拵ㄐ啪W(wǎng)絡的基站只能沿岸建設(shè)，這樣一來，網(wǎng)絡拓撲嚴重受限，系統(tǒng)性能難以保證。

發(fā)展海域?qū)拵ㄐ庞植荒軓牧汩_始，一種可行的技術(shù)途徑是改造目前的地面通信LTE技術(shù)。為了適應近海海域的信道特征和用戶分布，可通過在海岸部署具有大規(guī)模天線陣列的高架基站(岸基站)，與海上用戶組成多用戶多天線(Multi-User MIMO)系統(tǒng)，從而提高通信速率和服務質(zhì)量。然而在基站站址約束下，LTE網(wǎng)絡覆蓋范圍有限，且由于高架基站選址受限于地理條件，經(jīng)典LTE網(wǎng)絡難以實現(xiàn)沿海岸線的接續(xù)寬帶覆蓋。在窄帶全域覆蓋下，讓每個岸基站覆蓋一片海域，形成一個寬帶信息港是一種解決途徑，如圖1所示。航船在特定時間進入岸基站的覆蓋范圍，即寬帶信息港，并接入寬帶網(wǎng)絡、享受寬帶服務；其他時間，用戶可以享受窄帶通信服務，滿足基本的安全航行需求。

隨著海洋經(jīng)濟的不斷發(fā)展，海上用戶對于移動互聯(lián)網(wǎng)與無線多媒體等業(yè)務的需求日益增加，寬帶信息港有限的時空頻資源與不斷增長的業(yè)務需求之間的矛盾日趨凸顯。因此，需要充分挖掘海域通信系統(tǒng)中的用戶和業(yè)務特性，提高資源配置與利用的效率，從而提升網(wǎng)絡的整體性能。

目前，海域多用戶多天線系統(tǒng)資源分配的常用方法有先到先服務和動態(tài)規(guī)劃。先到先服務，即用戶在基站覆蓋范圍內(nèi)隨機發(fā)起業(yè)務請求，基站立即為其分配無線資源，若當前沒有無線資源，則該用戶需等待其他用戶結(jié)束業(yè)務并釋放資源；動態(tài)規(guī)劃，即基站根據(jù)其當前服務的所有用戶的信道信息和業(yè)務需求，進行下一時隙的用戶調(diào)度和功率分配，運用動態(tài)規(guī)劃方法，得到每個時隙的局部最優(yōu)解。

然而，以上兩種方法均為針對某一時刻、面向當前狀態(tài)的優(yōu)化，由于沒有考慮海域業(yè)務的全過程信息，只能獲得局部最優(yōu)解，資源配置的效率仍較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處，提出一種面向過程優(yōu)化的多天線海域信息港協(xié)同資源調(diào)配方法，本發(fā)明利用航船的航線信息和用戶的業(yè)務需求信息，以及海域信道的大尺度衰落特性，提高資源分配效率，以降低系統(tǒng)功耗，提升海上用戶的寬帶通信服務質(zhì)量。

本發(fā)明提出的一種面向過程優(yōu)化的多天線海域信息港協(xié)同資源調(diào)配方法，其特征在于，該協(xié)同資源調(diào)配為自適應地調(diào)整用戶調(diào)度和功率分配；

設(shè)一個多天線海域信息港系統(tǒng)的用戶數(shù)量為K，編號為1,2,…,k…,K，第k個用戶的業(yè)務量需求為進港時間為t_1k，離港時間為t_2k；

該系統(tǒng)基站到各用戶的信道相互獨立，系統(tǒng)最多可同時服務N個用戶，K≥N，系統(tǒng)對單個用戶的最大發(fā)射功率為P_max；