[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

本發明請求保護一種基于蟻群算法的資源分配算法，將原來的問題等價為一個求解最佳路徑的問題，并使螞蟻在信息素及啟發式信息的指導下尋找最優的路徑，那么這個最優的路徑就是原問題的解。因為該算法具備正反饋和啟發式的優點，所以可以使得算法可以通過相對較少的迭代次數得到一個較好的資源分配方案。仿真表明本發明提出的算法在達到一定的迭代次數后，算法收斂，此時系統的吞吐量達到最大值，且該算法相對于隨機層分配算法來說能獲得較好的系統吞吐量增益。

技術領域

本發明屬于無線通信領域的資源分配領域，涉及到一種收斂塊，吞吐量相對于隨機層分配算法能獲得較好的系統吞吐量的基于蟻群算法的資源分配算法。

背景技術

SCMA是由華為公司提出的一種新的非正交多址接入技術，把來自不同用戶的輸入比特流直接映射到相應的多維碼本的碼字上(每個碼字代表一個擴頻傳輸層)，從而實現多個SCMA層/碼本占用相同的OFDMA的時頻資源。由于SCMA 碼字的稀疏性，因而接收端可以利用低復雜度的檢測算法(Message Passing Algorithm,MPA)達到最優的檢測性能。基于SCMA的資源分配問題就是研究怎么樣為不同的用戶分配層資源和功率。根據優化目標的不同，可以分為下面兩種形式：一種是基于總發射功率最小化的問題，另一種是吞吐量最大化的問題。

目前針對述關于SCMA的研究盡管取得了一些成果，但是大多數都沒有考慮信道條件，且在性能分析中用戶大多數都是采用隨機碼本，功率分配方面只是采用簡單的功率均分方式，這些都沒有充分利用SCMA特性。

發明內容

本發明旨在解決以上現有技術的問題。提出了一種能獲得較好的系統吞吐量增益、迭代次數較少的基于蟻群算法的SCMA系統資源分配算法、。本發明的技術方案如下：

一種基于蟻群算法的SCMA系統資源分配算法，其首先將最大化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。

進一步的，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。

進一步的，所述層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。