[發(fā)明專利]一種毫米波系統(tǒng)中的動態(tài)資源分配方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010243886.8
• 申請日: 2020-03-31
• 公開（公告）號: CN111431646B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張?zhí)炜?/a>;陳丹丹;張穎慧;郭彩麗
• 申請（專利權(quán)）人: 北京郵電大學(xué);內(nèi)蒙古大學(xué)
• 主分類號: H04B17/382
• 分類號: H04B17/382;H04B7/0408;H04B7/06
• 代理公司: 北京卓特專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11572
• 代理人: 陳變花

本發(fā)明提出一種毫米波系統(tǒng)中的動態(tài)資源分配方法，該方法包括初始化動態(tài)場景相關(guān)的系統(tǒng)參數(shù)；觀測動態(tài)環(huán)境中信道狀態(tài)、基站波束與用戶連接狀態(tài)和功率分配狀態(tài)構(gòu)建的狀態(tài)；判斷當前狀態(tài)下采取的動作是否滿足優(yōu)化問題中的各約束條件；根據(jù)是否滿足約束條件，設(shè)定不同的收益值；將數(shù)據(jù)存入經(jīng)驗池；訓(xùn)練Eval?Net Q網(wǎng)絡(luò)；更新Target?Net Q網(wǎng)絡(luò)；隨機產(chǎn)生數(shù)值與探索概率比較；進而更新基站波束與用戶連接狀態(tài)和用戶功率分配狀態(tài)以及探索概率；經(jīng)過一段時間訓(xùn)練學(xué)習(xí)直至收斂，輸出最終基站波束與用戶連接狀態(tài)和用戶功率分配狀態(tài)。該方法解決了現(xiàn)有技術(shù)中不能在動態(tài)信道環(huán)境中聯(lián)合分配波束和功率實現(xiàn)動態(tài)資源分配和長期用戶公平性的技術(shù)問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及移動通信技術(shù)的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種毫米波系統(tǒng)中的動態(tài)資源分配方法。

背景技術(shù)

目前，移動通信系統(tǒng)工作頻率主要集中在700MHz-2.6GHz的微波頻段，頻譜資源緊張現(xiàn)象日趨嚴重。而毫米波通信以工作在30GHz-300GHz頻段極大地豐富了頻譜資源。然而，由于毫米波信號穿透性差、易被吸收、衰減快等缺點，導(dǎo)致毫米波通信系統(tǒng)中信號路徑損耗大、基站覆蓋范圍小等問題。大規(guī)模天線技術(shù)通過在基站側(cè)配置大量的天線(十根以上甚至上百根天線)可提升系統(tǒng)容量、頻譜效率、系統(tǒng)抗干擾能力等優(yōu)勢，且可使毫米波信號獲得高波束增益來抵制嚴重的路徑損失問題。非正交多址接入技術(shù)(Non-Orthogonal MultipleAccess,NOMA)通過引入功率域?qū)崿F(xiàn)多址接入，使多個用戶可以共享相同的時間、頻率和擴頻碼等傳統(tǒng)的正交資源。在毫米波系統(tǒng)中引入大規(guī)模天線和NOMA技術(shù)可提高系統(tǒng)增益、用戶接入量和資源利用率，滿足未來通信應(yīng)用場景以及業(yè)務(wù)的需求。

在毫米波系統(tǒng)中引入大規(guī)模天線和NOMA技術(shù)能帶來具有巨大的優(yōu)勢，同時也在無線資源分配方面面臨挑戰(zhàn)。在基于大規(guī)模天線和NOMA的毫米波系統(tǒng)中，基站側(cè)配置的大量天線使信號獲取了較高的波束賦形增益。然而，當發(fā)送波束無法對準用戶時，用戶只能接收到較低功率的信號，影響通信質(zhì)量；當指向多個用戶的發(fā)送波束相互沖突時，同樣導(dǎo)致多用戶間干擾極強，系統(tǒng)容量大幅度下降，那么研究波束分配具有重要意義。另外，合理的功率分配對于NOMA的解調(diào)、以及降低波束間和波束內(nèi)用戶干擾來說非常重要。因此，在基于大規(guī)模天線和NOMA的毫米波系統(tǒng)中如何使用戶匹配到合適的波束且以高效的功率進行信號傳輸是需要解決的關(guān)鍵問題。

目前，在基于大規(guī)模天線和NOMA的毫米波系統(tǒng)中的無線資源分配問題研究，都是在靜態(tài)信道環(huán)境中進行靜態(tài)資源分配，僅能獲得瞬時系統(tǒng)性能最優(yōu)化。但動態(tài)資源分配的研究不僅考慮當前時刻的收益，還考慮未來一段時間內(nèi)的收益，更加適合實際移動通信中多變信道環(huán)境。另外，系統(tǒng)用戶間不公平將影響用戶體驗，尤其是對于蜂窩小區(qū)內(nèi)的邊緣用戶。通常用戶間不公平由不合理的資源分配引起，因此，本發(fā)明提出基于大規(guī)模天線和NOMA的毫米波系統(tǒng)中的波束和功率動態(tài)分配方法，保證動態(tài)信道環(huán)境的長期用戶公平性。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種毫米波系統(tǒng)中的動態(tài)資源分配方法。在該毫米波系統(tǒng)中，解決現(xiàn)有技術(shù)中不能在動態(tài)信道環(huán)境中聯(lián)合分配波束和功率實現(xiàn)動態(tài)資源分配和長期用戶公平性的技術(shù)問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種毫米波系統(tǒng)中的動態(tài)資源分配方法，包括如下步驟：

初始化動態(tài)場景相關(guān)的系統(tǒng)參數(shù)；初始化系統(tǒng)狀態(tài)：信道矩陣H⁰、波束分配b⁰和功率分配p⁰；初始化經(jīng)驗池為空，容量N_max；初始化網(wǎng)絡(luò)參數(shù)θ＝θ⁰，θ-＝θ，智能體動作探索概率ε＝ε₀；

觀測動態(tài)環(huán)境中信道狀態(tài)H^t、基站波束與用戶連接狀態(tài)b^t和功率分配狀態(tài)p^t構(gòu)建的狀態(tài)s_t＝(H^t,b^t,p^t)；