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面向用户体验的多小区混合非正交多址接入网络资源分配方法

邵鸿翔 孙有铭 蔡佶昊

邵鸿翔, 孙有铭, 蔡佶昊. 面向用户体验的多小区混合非正交多址接入网络资源分配方法[J]. 电子与信息学报. doi: 10.11999/JEIT20032
引用本文: 邵鸿翔, 孙有铭, 蔡佶昊. 面向用户体验的多小区混合非正交多址接入网络资源分配方法[J]. 电子与信息学报. doi: 10.11999/JEIT20032
Hongxiang SHAO, Youming SUN, Jihao CAI. QoE-based Resource Allocation for Multi-cell Hybrid NOMA Networks[J]. Journal of Electronics and Information Technology. doi: 10.11999/JEIT20032
Citation: Hongxiang SHAO, Youming SUN, Jihao CAI. QoE-based Resource Allocation for Multi-cell Hybrid NOMA Networks[J]. Journal of Electronics and Information Technology. doi: 10.11999/JEIT20032

面向用户体验的多小区混合非正交多址接入网络资源分配方法

doi: 10.11999/JEIT20032
基金项目: 国家自然科学基金(61901518),河南省科技攻关项目(192102210249),河南省高等学校重点项目(19B510007)
详细信息
    作者简介:

    邵鸿翔:男,1983年生,博士,讲师,研究方向为异构无线网络资源分配、博弈论、电磁频谱管理

    孙有铭:男,1988年生,博士,工程师,研究方向为空地一体异构网络资源分配、博弈学习和电磁频谱管理

    蔡佶昊:男,1997年生,硕士生,研究方向为博弈学习理论和无线通信系统中的资源优化

    通讯作者:

    孙有铭 sunyouming10@163.com

  • 中图分类号: TN929.5

QoE-based Resource Allocation for Multi-cell Hybrid NOMA Networks

Funds: The National Natural Science Foundation of China (61901518), The Science and Technology Breakthrough Project of Henan Science and Technology Department (192102210249), The Key Projects of Colleges and Universities in Henan Province (19B510007)
  • 摘要: 该文研究了多小区混合非正交多址接入(NOMA)网络的资源分配。为满足异构用户的服务体验,以最大化全网综合平均意见评分(MOS)累加和为目标,考虑基站选择、信道接入和功率资源分配的联合优化问题,该文提出一种用户、基站和信道3方的2阶段转移匹配算法,并根据用户MOS进行子信道功率优化。仿真结果表明所提多小区混合NOMA网络资源分配方案能有效提升全网用户服务体验和公平性。
  • 图  1  混合NOMA网络接入模型及实例

    图  2  平均意见得分的一般模型

    图  3  2阶段匹配算法的收敛情况

    图  4  不同发射功率下的算法比较

    图  5  不同网络规模下的算法比较

    图  6  不同资源分配方案的公平性比较

    表  1  3小区混合NOMA网络实例(与图1情况对应)

    基站1基站2基站3
    用户1用户2用户3用户4用户5用户6用户7用户8
    子信道110100100
    子信道200111001
    子信道301001010
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    表  4  业务类型和QoS速率要求

    应用类型最小速率推荐速率
    视频会议512 kbps2 Mbps
    高清视频通话1.2 Mbps1.5 Mbps
    一般视频通话128 kbps500 kbps
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    表  2  (用户,基站)-子信道关联算法

     算法1: 多对一转移匹配算法
     步骤1  用户的初始接入:
     (1) 每个用户发现所有在服务范围的可接入基站。随机接入最强信号的基站,并报告位置和业务类型;
     (2) 每个基站根据实际接入情况计算网络效用${U_n}(\mu )$。相邻的基站组成联盟,彼此交换信息。
     步骤2  转移匹配过程:
     重复迭代 (可采用轮询模式,当来自不同联盟的交换匹配轮询发生碰撞时,先到先得)
     基站申请:选择基站SBS n,存在2种转移方式。当存在${U_n}\left({\rm T}_{n'/(k{'_{n'} })}^{({k_n})}\right) > {U_n}(\mu ){\kern 1pt}$,选择相应方式发出申请。
     联盟基站判断:SBS $n'$面对SBS n调换申请,对应存在2种调整方式。
     If SBS n申请UE k接入新基站SBS $n'$
       如果${U_{n'}}({\rm T}_{n'}^k) - {U_{n'}}(\mu ) > 0$,则SBS $n'$同意UE k的接入申请,及$\{ \mu (n')\} \leftarrow \{ \mu (n')\} \cup k$,${\eta _{n,k}} = 1$,${U_{n'}}({\rm T}_{n'}^k) \to {U_{n'}}(\mu )$;否则   SBS $n'$拒绝SBS n发送转移申请;
     Else if SBS n中的用户k与SBS $n'$中的用户$k'$相互调换所接入基站
       如果${U_{n'} }\left({\rm T}_{n'}^{({k_n})}\right) - {U_{n'} }(\mu ) > 0$,则SBS $n'$同意SBS n发送转移申请,及$\{ \mu (n')\} \leftarrow \{ \mu (n')/k'\} \cup k$, $\{ \mu (n)\} \leftarrow \{ \mu (n)/k\} \cup k'$,     ${\eta _{n,k'}} = 1,{\eta _{n,k}} = 0$, ${\eta _{n',k} } = 1,{\eta _{n',k'} } = 0$, ${U_{n'}}({\rm T}_{n'}^k) \to {U_{n'}}(\mu )$;否则SBS $n'$拒绝SBS n发送的转移申请;
     End (以上为一次循环的过程)
     Until不存在$i \in \{ k,k' \in {\rm{{\rm K}}}\} {\kern 1pt} {\kern 1pt} , {\kern 1pt} {U_n}({\rm T}) > {U_n}(\mu )$或达到最大迭代数,则迭代循环结束。
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    表  3  用户-基站关联算法

     算法2: 多对多转移匹配算法
     步骤1  用户的初始信道选择:
     根据用户业务,每个基站内用户分别初始化随机选择接入信道,一般低速视频业务偏向申请单信道,高清视频业务偏向申请多信道。每个基站内用户可选子信道数为m,则可能接入的排列组合有$C_m^1 + C_m^2 + \cdots + C_m^m$种,根据信道接入QoE得分建立2维偏好列表和相应的信道接入列表μk(m)。基站n计算所有接入用户的MOS得分累加和${U_n}(\mu ) = {\rm{MO}}{{\rm{S}}_n}({\mu _m}(k))$。
     步骤2  转移匹配过程(各基站分别执行该算法):
     重复迭代:基站n内各用户更新信道安排情况、相应QoE得分、信道接入的偏好列表;
     用户申请:各基站随机挑选1位用户k。该用户嵌套计算各种信道选择下的MOS得分,并建立偏好列表,向MOS得分最高且信道占用最少的子信道策略发出申请,建立新申请信道相应的分配列表${\rm T}_m^k$。
     基站判断:面对UE k调整接入信道的申请,基站判决是否接受申请。
     If ${\rm{MO}}{{\rm{S}}_n}({\rm T}_m^k) > {U_n}(\mu )$,则SBS $n$同意UE k新的信道接入申请,更新MOS得分累加和${\rm{MO}}{{\rm{S}}_n}({\rm T}_m^k)$→${U_n}(\mu )$,更新信道接入列表$T^k_m $。
     else SBS $n$不同意UE k新的信道接入申请,不更新MOSn(μm(k)), (μm(k)。
     End (完成一次信道匹配迭代)
     Until不存在$i \in \{ k,k' \in {\bf{{K}}}\} {\kern 1pt} ,{\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {U_n}({\rm T}) > {U_n}(\mu )$或达到最大迭代数,则循环结束。
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    出版历程
    • 收稿日期:  2020-01-09
    • 修回日期:  2020-06-29
    • 网络出版日期:  2020-07-22

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