CF-mMIMO系统中光与无线的联合资源分配方法

本发明涉及资源分配，尤其是指一种cf-mmimo系统中光与无线的联合资源分配方法。

背景技术：

1、无蜂窝大规模多输入多输出(cf-mmimo)技术被认为是未来6g网络中的一种关键技术。在cf-mmimo系统中，所有无线单元(ru)通过前传链路与中央处理器(cpu)连接，在相同的时频资源中通过时分双工技术为所有用户提供服务，且系统中ru的数量大于用户设备(ue)的数量。cf-mmimo消除了传统集中式mmimo系统中小区边界的概念，解决了对小区边缘用户服务差和小区间存在干扰的问题。以用户为中心是cf-mmimo网络的一种特点，它明确定义了每个用户的服务集群，每个用户只能选择这个集群中的ru为其服务。这就限制了服务ru的数量，减少了干扰和资源的浪费。

2、在cf-mmimo系统中，分布式单元(du)和无线单元(ru)之间的链路称为前传链路。时分波分复用无源光网络(twdm-pon)因其大带宽、高灵活性的优点可以作为承载cf-mmimo系统前传链路的一种解决方案，如图1所示。在该架构中，du在光网络终端(olt)一侧并与olt相连，olt通过光分配网络(odn)与光网络单元(onu)相连。每个onu都与一个ru连接在一起，且每个ru上有一个或多个发射天线。在twdm-pon中，每个onu可以被分配一对波长去传输上行和下行的数据。在下行方向，olt并通过广播的方式将下行流量传输给同一个波长的onu。对于系统中的每个ue，cf-mmimo都定义了一个可为该ue服务的ru集合，ue只能在特定的集合中选择ru为其进行服务。

3、通过对cf-mmimo系统中光资源(波长)和无线资源(天线、ru和资源块)的分配，可以降低前传带宽需求和占用的波长数量，从而提高cf-mmimo系统的可扩展性。目前，关于对cf-mmimo系统中光与无线的联合资源分配问题的研究相对较少。

4、目前关于光与无线的联合资源分配问题大多都集中在集中式mmimo系统中。文献[1]中提出了集中式mmimo系统中的一种光与无线资源联合分配的启发式算法去优化系统中前传带宽和资源块利用率，文献[2]中提出了集中式mmimo系统中的一种基于强化学习的光与无线资源分配策略去优化系统中前传带宽和资源块利用率。然而与集中式mmimo不同的是，cf-mmimo的主要特点是以用户为中心，因此这几种算法并不能直接应用在cf-mmimo系统中，关于cf-mmimo中的光与无线的联合资源分配方法还需要进一步研究。

5、[1]j.zhang,y.xiao,d.song,l.bai and y.ji,“joint wavelength,antenna,andradio resource block allocation for massive mimo enabled beamforming in atwdm-pon based fronthaul,”in journal of lightwave technology,vol.37,no.4,pp.1396-1407,feb 2019.

6、[2]y.wang,m zhu,j.gu,x.lu,w.tong and j.zhang,“a deep reinforcementlearning policy for joint antenna selection and radio resource blockallocation in a twdm-pon based front-haul with massive mimo,”in asiacommunications and photonics conference(acp),nov.2022.

技术实现思路

1、为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种降低前传带宽需求和占用波长的数量的cf-mmimo系统中光与无线的联合资源分配方法。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种cf-mmimo系统中光与无线的联合资源分配方法，其包括以下步骤：

3、s1、将用户排序，并将首个用户作为当前目标用户；

4、s2、确定当前目标用户可用的资源块集合；

5、s3、判断是否能在当前目标用户可选且已被分配的ru集合中找到满足目标条件的ru、天线和资源块；若是，则将满足目标条件的ru、天线和资源块分配给当前目标用户，并执行步骤s6；否则，执行步骤s4；

6、s4、在当前目标用户可选且未被分配的ru集合中找到满足目标条件的ru、天线和资源块，并将满足目标条件的ru、天线和资源块分配给当前目标用户；

7、s5、判断当前可用波长集合中的第一个波长的可用带宽与最大带宽的比值是否超过阈值；若是，将下一个波长分配给当前目标用户所分配的ru，并将第一个波长从当前可用波长集合中移除，并更新可用波长集合；否则，将第一个波长分配给当前目标用户所分配的ru；

8、s6、更新各波长的可用带宽；

9、s7、判断所有用户是否已经分配完成；若是，则结束分配；否则，按照顺序将下一个用户作为当前目标用户，并执行步骤s2。

10、作为本发明的进一步改进，所述目标条件包括：

11、一、ru中的部分天线有相同的一组资源块，且这些资源块都在当前目标用户可用的资源块集合中；

12、二、天线和资源块分别满足当前目标用户的天线请求和资源块请求；

13、三、ru所占用的波长有剩余的带宽可以满足当前目标用户的请求。

14、作为本发明的进一步改进，通过以下公式确定ru所占用的波长有剩余的带宽可以满足当前目标用户的请求：

15、bl+rm≤r

16、其中，bl为波长中已被占用的带宽；rm为当前目标用户的请求带宽，r为每个波长可支持的最大带宽。

17、作为本发明的进一步改进，步骤s2包括：通过以下公式确定当前目标用户m可用的资源块集合rbm：

18、rbm＝rb-rbp

19、其中，rbp为已经为用户p分配的资源块，rb为全部资源块的集合，用户p与当前目标用户之间的距离小于阈值。

20、作为本发明的进一步改进，步骤s5中，所述阈值为0.5。

21、作为本发明的进一步改进，通过以下公式判断当前可用波长集合中的第一个波长的可用带宽与最大带宽的比值是否超过阈值：

22、blλ≤r*0.5

23、其中，blλ为当前可用波长集合中的第一个波长的可用带宽，r为每个波长可支持的最大带宽。

24、作为本发明的进一步改进，步骤s6包括：通过将当前目标用户的请求带宽从可用带宽中移除以更新各波长的可用带宽。

25、作为本发明的进一步改进，所述将用户排序；包括：按用户请求的天线数量从大到小将用户排序。

26、本发明还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述任一项所述方法的步骤。

27、本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述任一项所述方法的步骤。

28、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

29、本发明的cf-mmimo系统中光与无线的联合资源分配方法可用满足cf-mmimo系统中以用户为中心的特点，对天线、ru、资源块和光波长资源进行分配以降低前传带宽需求和占用波长的数量，从而提高系统的可扩展性。

30、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。