料 的相对介电常数为4。
[0102]表2模型H(f)的参数说明
[0104]表2. 15径衰落信道的仿真参数设置
[0106]根据信道频域传输模型和表2的15径信道模型参数，仿真实现的15径电力线信道 传输特性如图3所示，其中信道幅频响应的频率分辨率为l/4\ax，脉冲响应的时延分辨率为 4\ax/N(N为频域仿真长度）。
[0107] 2、仿真内容与仿真结果：
[0108] 使用轮循(Round Robin，RR)算法和最大化系统吞吐量(Maximum Sum Rate,MSR) 算法与之进行比较，验证所提方法的性能。RR算法轮循的分配子载波，所以能够严格保证UE 间的公平性，系统中所有UE具有相同的优先级，子载波以相等的概率的分配给UEISR算法 以最大化吞吐量为目标，并不保证UE间的公平性。仿真结果如下：
[0109] 2a)图4描述的是不同算法下系统平均吞吐量的变化。随着UE数的增加系统平均吞 吐量会下降，这是由于系统中子信道数目的约束。可以从图中看到，MSR算法由于一直把载 波分配给信道条件好的UE，所以是系统吞吐量的上界。而RR算法由于保证公平性而不得不 降低系统性能。提出的算法吞吐量几乎和MSR-致，近似重合，这意味着它可以在保证系统 吞吐量的前提下合理的分配子载波，并且说明提出的方法更适合多UE的情况。
[0110] 2b)图5显示了公平指数随着UE数增加的变化情况。从图中可以得到，随着UE数的 增加，提出的算法较MSR算法有较大的提高，这说明无论UE的位置在哪里，本算法都可以保 证UE之间的速率公平性。由于RR算法是等概率分配子载波，每个UE得到的载波数是一致的， 因此曲线能一直保证在1左右的位置。MSR为了系统吞吐量最大化，会一直给信道好的UE分 配子载波，而忽略其余UE，自然公平性最差。结合图4和图5可知，提出的算法在168UE以上的 系统中，可以在不降低系统吞吐量的前提下，有效地提高UE间的公平性。
[0111] 2c)图6显示的是在提出的算法中，UE平均最小需求速率和实际达到的UE平均速率 的比较。由于仿真中UE的最大可容忍时延是变化的，根据前面的推导可知UE的最小需求速 率也会波动。从图中可以看到，本仿真假设环境下，系统最多可以满足287个UE的最小速率 需求。这是由UE固定的传输功率和子载波数的限制导致的，如果提高UE的传输功率或者增 加系统的载波数就能满足更多UE的需求。因此，当UE数为287的时候，系统的中断概率是一 个值得关注的点。
[0112] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种基于用户最小速率需求的电力线信道通信资源分配方法，其特征在于，该方法 为:确定UE在子载波信道上的可达传输速率，根据所有子载波信道的衰减对子载波信道进 行排序并且根据瞬时速率最大化原则为每个UE分配一个未占用的最优子载波信道;然后根 据UE最小速率需求确定所有UE的优先级并且从中选择一个最优UE，为所述最优UE分配一个 剩余子载波信道，重复选择最优UE并且分配一个剩余子载波信道直至所有子载波信道分配 完毕。2. 根据权利要求1所述的基于用户最小速率需求的电力线信道通信资源分配方法，其 特征在于，所述确定U E在子载波信道上的可达传输速率，具体通过下式确定：其中B是PLC通信系统的子载波带宽，/C和/?"：分别表示现111到集中器在子载波1 1上的信 道特性和传输功率，No为噪声功率。3. 根据权利要求1所述的基于用户最小速率需求的电力线信道通信资源分配方法，所 述根据所有子载波信道的衰减对子载波信道进行排序并且根据瞬时速率最大化原则为每 个UE分配一个未占用的最优子载波信道，具体通过以下步骤实现： 步骤3.1，集中器根据收集到的所有子载波信道的衰减对子载波进行排序，同时收集所 有子载波信道的噪声功率信息； 步骤3.2，根据>计算所有UE和子载波信道组合的传输速率，选 出传输速率最大的组合，进行子信道分配，使该UE的瞬时速率最大化，具体选择方式如下：其中，1={1，2，"_，}和~={1，2，"_，《分别表示用户电表现和子载波的集合，$=表示 UE m到集中器在子载波η上的传输速率； 步骤3.3，更新未占用子载波集合和为分配子载波UE集合。4. 根据权利要求1所述的基于用户最小速率需求的电力线信道通信资源分配方法，根 据UE最小速率需求确定所有UE的优先级并且从中选择一个最优UE，具体通过以下步骤实 现： 步骤4.1，计算UE m的最小需求速率qm，具体计算公式如下：其中，1?到泊松分布的达速率为(包/时隙），F为UE m的排队系统中数据包的大小，单位 为bit。Γ：^代表UEm所能容忍的最大时延，歹表示UE m的数据包在集中器的平均计算等待 时间； 步骤4.2,根据UE m的最小需求速率和其步骤二中最大化瞬时速率的差值大小，来确定 UE的用户优先级，UE m优先级计算公式如下： 〇 m - Qm-Rm ； 步骤4.3,根据优先级的大小选出一个最优用户UE m，具体选择策略如下：其中，为用户UE m优先级，为非负的拉格朗日乘子，Rm为用户在已分配子载波信 道的总传输速度。5. 根据权利要求1所述的基于用户最小速率需求的电力线信道通信资源分配方法，所 述为所述最优UE分配一个剩余子载波信道，具体为:根据所述最优UE是否满足了最小速率 需求公平分配剩余子载波，如果是则随机分配一个剩余子载波信道给能够使系统吞吐量最 大的UE;若所述最佳UE的传输速率没有满足最小速率需求，则选择最优的剩余子载波信道 使其瞬时速率最大。6. 根据权利要求4所述的基于用户最小速率需求的电力线信道通信资源分配方法，其 特征在于，所述步骤4.3中选择策略，具体方法如下： (1) 假设M={1，2,…^丨^二{1，2, ···"}，分别表示用户电表UE和子载波的集合，定义 上述问题的目标函数为其中，wm为用户UE m优先级，qm表示UE m在N个子载波上单位时隙所需要传输的总比特 数，同时最后变量/C =1意味着子载波η被分配给UE m使用，表不UE m到集中器在子载 波信道η上的传输速率，约束条件（3)式表示U E m总的传输速度必须小于等于最小传输速 度，其和时延相联系，表示在一个时隙内的数据传输速率不能小于此时隙内用户缓存中的 数据量，以保持排队系统的稳定性，如果传输速率不能达到要求值，则会产生传输中断； (2) 求解最优的子载波分配策略问题，使用松弛条件将上述原问题转换为线性规划问 题，然后采用拉格朗日方法来求解最优的频谱资源分配问题，让约束条件中的载波分配指 示符Pi：属于(〇，1]区间内的任意值，则〇(0，1]表示子载波 n分配给UEm的概率，定义αη我n 和γ m为一组非负的拉格朗日乘子，则原问题的拉格朗日公式表示为：(3) 为了得到最优的子载波信道分配策略，对上式中 < 求导，利用KKT条件计算可得：为了通过第一个式子求解最优的频谱资源分配并减少复杂度，我们直接由第二个式子 式估计γ ?的值，假设条件已经限制γ m非负，若I - Σ?小于〇，则此时传输速率大于其 最小需求速率，取为〇,否则，γm取正值。
【专利摘要】本发明公开了一种基于用户最小速率需求的电力线信道通信资源分配方法，确定UE在子载波信道上的可达传输速率，根据所有子载波信道的衰减对子载波信道进行排序并且根据瞬时速率最大化原则为每个UE分配一个未占用的最优子载波信道；然后根据UE最小速率需求确定所有UE的优先级并且从中选择一个最优UE，为所述最优UE分配一个剩余子载波信道，重复选择最优UE并且分配一个剩余子载波信道直至所有子载波信道分配完毕。本发明能够最大限度的利用系统信道资源，提高系统传输效率；能够保证系统吞吐量最大化，并且同时兼顾用户的公平性。
【IPC分类】H04L5/00
【公开号】CN105721127
【申请号】CN201610071582
【发明人】史兵, 武占侠, 刘飞飞, 贾宝磊, 贺竞辉, 唐玲玲, 胡慧敏, 吕春龙
【申请人】国网新疆电力公司电力科学研究院, 国家电网公司, 深圳市国电科技通信有限公司
【公开日】2016年6月29日
【申请日】2016年2月1日