[發明專利]一種基于蟻群算法的SCMA系統資源分配算法

有效

• 申請號: 201710977949.0
• 申請日: 2017-10-18
• 公開（公告）號: CN107911853B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 王丹;葉青
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04W40/24
• 分類號: H04W40/24;H04W72/04;H04L5/00
• 代理公司: 重慶市恒信知識產權代理有限公司 50102
• 代理人: 劉小紅

1.一種基于蟻群算法的SCMA系統資源分配算法，其特征在于：首先將最大化SCMA系統吞吐量分配問題等價為一個求解最佳路徑的問題，即將最大化SCMA系統吞吐量分配問題建模成一個二部圖，所述二部圖中多個邊的集合組成一條可行路徑，對于SCMA系統吞吐量問題的一種分配方案對應著一種解，而求該問題的最優解對應二部圖中的一條最優路徑；采用蟻群算法求解該最優路徑：將螞蟻隨機的放在用戶集上，讓螞蟻在信息素和啟發式信息的引導下構建最優的路徑，并按照求解的最優路徑對應資源分配；采用蟻群算法進行分配具體包括步驟：

步驟1：參數初始化，將Q只螞蟻隨機放在二部圖用戶集U上，并設置SCMA層集M用戶集U之間的信息素τ_k,m及啟發信息η_k,m的初始分布，N表示子載波總數；

步驟2:每只螞蟻按照一定的概率為用戶選擇層m，當螞蟻位于用戶k上時，按照公式(5)將層m分配給用戶k

其中,是第q只螞蟻可以將層m分配用戶k的所有SCMA層，τ_k,m為SCMA層集M用戶集U之間的信息素，η_k,m為SCMA層集M和用戶集U之間的啟發信息，α,β為蟻群算法參數，取值為α＝1,β＝2；

步驟3：螞蟻隨機移動到下一個未分配SCMA層資源的用戶上，重復步驟2；

步驟4：當所有螞蟻遍歷完所有用戶時完成一次迭代，也就構成q個解，計算每個解，得系統吞吐量，選擇吞吐量最大的那個解去更新信息素；

步驟5：如果迭代次數達到最大迭代次數T,或者所有螞蟻構造的解一致，算法停止；

步驟6：對步驟5得到的最優解使用注水算法進行用戶間的功率分配。

2.根據權利要求1所述的基于蟻群算法的SCMA系統資源分配算法，其特征在于：所述最大化SCMA系統吞吐量分配問題為一個非凸優化問題，采用先對用戶進行功率均分，再對用戶進行層分配的方法來求解，所述層分配采用蟻群算法進行分配，對用戶層分配完之后進行注水功率分配；所述步驟6對步驟5得到的最優解使用注水算法進行用戶間的功率分配可以通過公式(9),(10),(11)得到，其中μ為注水基準，h_k,n為用戶k在子載波n上的信道增益，P_max為基站的最大傳輸功率，為噪聲的方差,其中s_k,m＝1表示層m分給了用戶k，否則s_k,m＝0，c_n,m來表示表示層m和子載波n的映射關系，如果層m占用了子載波n則c_n,m＝1，否則c_n,m＝0，如果c_n,m＝0，則α_n,m＝0；

3.根據權利要求1所述的基于蟻群算法的SCMA系統資源分配算法，其特征在于：所述啟發信息η_k,m定義為：

其中α_n,m為用戶k使用層m上的子載波n時的功率比例因子，它的取值為α_n,m＝0.5，p_k,m為用戶k占用m時的功率，在該步驟中功率采用均分的方式分配，由總功率和碼本層數可以計算得到用戶k占用層m時的功率，h_k,n為用戶k在子載波n上的信道增益，信道模型為小尺度衰落瑞利信道，由此得到h_k,n，為噪聲的方差。

4.根據權利要求1所述的基于蟻群算法的SCMA系統資源分配算法，其特征在于：所述步驟4更新信息素的更新規則如下：

τ_k,m＝(1-ρ)τ_k,m+Δτ_k,m (6)

且當用戶k占用層m時，

Δτ_k,m＝R_k,m/R_gb (7)，其他情況Δτ_k,m＝0；

其中，0≤ρ≤1為信息素揮發系數，Δτ_k,m為將層m分配給用戶k的信息增量，R_k,m為用戶k占用層m時的速率，R_k,m可以由公式(8)計算得到

R_k,m＝s_k,mlog₂(1+SNR_k,m) (8)

R_gb為蟻群當前循環中求得的最大吞吐量。