[發明專利]基于量子帝王蝶優化機制的雙層異構網絡頻譜分配方法

有效

• 申請號: 202011097353.X
• 申請日: 2020-10-14
• 公開（公告）號: CN112217678B
• 公開（公告）日: 2023-03-17
• 發明（設計）人: 高洪元;馬靜雅;趙海軍;王世豪;蘇雨萌;陳世聰;劉廷暉;李慧爽;楊杰
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: H04L41/044
• 分類號: H04L41/044;H04L41/14;H04L41/0806;H04L41/0823;H04L41/0816;H04B17/382
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本發明提供一種基于量子帝王蝶優化機制的雙層異構網絡頻譜分配方法，包括：建立雙層異構網絡系統模型；得到帝王蝶的整數編碼位置；計算所有帝王蝶的適應度值，得到全局最優量子位置及其對應的全局最優位置；對帝王蝶種群排序，分為兩個帝王蝶子種群；更新子種群中每個帝王蝶個體的過渡量子位置；合并兩個新生成的子種群為一個新的過渡種群，更新帝王蝶種群的量子位置，計算量子帝王蝶的適應度值，更新全局最優量子位置和全局最優位置；判斷是否達到最大迭代次數，若是則輸出全局最優量子位置和全局最優位置，全局最優位置即為頻譜分配的最佳方案；否則令迭代次數加1，返回進行新一輪的迭代。本發明解決整數離散優化的雙層異構網絡頻譜分配問題。

技術領域

本發明涉及Macro-Femtocell雙層異構蜂窩網絡頻譜分配方法，尤其涉及一種基于量子帝王蝶優化機制的雙層異構網絡頻譜分配方法，屬于無線通信領域。

背景技術

毫微微小區Femtocell是具備低成本、低功耗、部署靈活以及與用戶終端距離更近等優點的家庭基站，在宏蜂窩網絡Macrocell內部署家庭基站組成Macro-Femtocell雙層異構網絡能夠有效改善室內信號質量，從而提升網絡的整體吞吐量。然而，由于異構網絡結構復雜，宏基站和家庭基站的覆蓋區域相互重疊，異構網絡中將存在復雜的同層干擾和跨層干擾，從而導致家庭基站用戶的QoS無法得到保證，影響整個網絡的穩定運行。頻譜分配問題是Macro-Femtocell雙層異構蜂窩網絡中的基礎問題，同時也是典型的NP-hard問題，難以在有限的時間內求其精確解，因此，設計簡單有效的異構網絡頻譜分配方案，實現Macrocell和Femtocell間的干擾協調，讓用戶獲得更好的體驗，同時使網絡性能大幅提升是目前亟需解決的問題。

通過對現有技術文獻的檢索發現，張臻昊等在《通信技術》(2019,52(11):2669-2676)上發表的“基于自動微分的異構網絡資源分配算法”中利用自動微分方法獲得頻譜分配問題的可行解，此方法在一定程度上解決了簡單異構網絡的頻譜分配問題，但是該方法并未考慮用戶滿意度的問題，且計算復雜度較高。穆欣等在《電子測量技術》(2017,40(001):184-188)上發表的“約束性遺傳算法的OFDMA毫微微蜂窩動態頻譜分配”在豪微微小區設計了基于約束性遺傳算法的自適應頻譜分配方案，但遺傳算法收斂速度慢，局部搜索能力差，并且該方案只考慮了帶寬分配作為適應度函數的情況，應用范圍有限。Gai-GeWang等在《Neural Computing and Applications》(2015,31:1995-2014)上發表的“Monarch butterfly optimization”設計了一種帝王蝶優化方法，具有參數少，求解精度高等優點，但是該方法僅適用于求解連續優化問題，并且在利用帝王蝶調整算子更新帝王蝶位置的過程中，單個帝王蝶的個體的運動完全由萊維飛行決定，這樣會使步長較大，從而導致帝王蝶方法由于過早收斂而陷入局部最優的困境，致使優化精度降低，不能直接用于解決雙層異構網絡的頻譜分配問題。已有文獻的檢索結果表明，現有頻譜分配方法適用范圍較窄，計算復雜度較高，在綜合考慮公平性和用戶滿意度的情況下，難以實現系統吞吐量的最大化和更復雜的應用需求。因此本發明設計了一種基于量子帝王蝶優化機制的雙層異構網絡頻譜分配方法，在Macro-Femtocell雙層異構蜂窩網絡環境下，綜合考慮公平性和用戶滿意度這兩個約束條件，構建新的屬于離散優化問題的目標函數，并通過量子帝王蝶優化機制快速得到頻譜分配結果，在保證公平性和用戶滿意度的同時又能實現系統吞吐量的最大化，為解決雙層異構網絡頻譜分配問題提供了新思路和新方法。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有雙層異構網絡頻譜分配方法在保證公平性和用戶滿意度的情況下難以實現吞吐量最大化，且計算復雜度高的問題，而設計出一種離散量子帝王蝶優化機制的頻譜分配方法。

本發明的目的是這樣實現的：步驟如下：

步驟一：建立雙層異構網絡系統模型；

步驟二：設置系統參數，初始化種群中每只帝王蝶在解空間中的量子位置，并映射得到帝王蝶的整數編碼位置，其中，整數編碼位置代表了帝王蝶在解空間中的實際位置；