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专利号: 2017109779490
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-04-09
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于蚁群算法的SCMA系统资源分配算法,其特征在于:首先将最大化SCMA系统吞吐量分配问题等价为一个求解最佳路径的问题,即将最大化SCMA系统吞吐量分配问题建模成一个二部图,所述二部图中多个边的集合组成一条可行路径,对于SCMA系统吞吐量问题的一种分配方案对应着一种解,而求该问题的最优解对应二部图中的一条最优路径;采用蚁群算法求解该最优路径:将蚂蚁随机的放在用户集上,让蚂蚁在信息素和启发式信息的引导下构建最优的路径,并按照求解的最优路径对应资源分配;采用蚁群算法进行分配具体包括步骤:

步骤1:参数初始化,将Q只蚂蚁随机放在二部图用户集U上,并设置SCMA层集M用户集U之间的信息素τk,m及启发信息ηk,m的初始分布,N表示子载波总数;

步骤2:每只蚂蚁按照一定的概率为用户选择层m,当蚂蚁位于用户k上时,按照公式(5)将层m分配给用户k

其中, 是第q只蚂蚁可以将层m分配用户k的所有SCMA层,τk,m为SCMA层集M用户集U之间的信息素,ηk,m为SCMA层集M和用户集U之间的启发信息,α,β为蚁群算法参数,取值为α=

1,β=2;

步骤3:蚂蚁随机移动到下一个未分配SCMA层资源的用户上,重复步骤2;

步骤4:当所有蚂蚁遍历完所有用户时完成一次迭代,也就构成q个解,计算每个解,得系统吞吐量,选择吞吐量最大的那个解去更新信息素;

步骤5:如果迭代次数达到最大迭代次数T,或者所有蚂蚁构造的解一致,算法停止;

步骤6:对步骤5得到的最优解使用注水算法进行用户间的功率分配。

2.根据权利要求1所述的基于蚁群算法的SCMA系统资源分配算法,其特征在于:所述最大化SCMA系统吞吐量分配问题为一个非凸优化问题,采用先对用户进行功率均分,再对用户进行层分配的方法来求解,所述层分配采用蚁群算法进行分配,对用户层分配完之后进行注水功率分配;所述步骤6对步骤5得到的最优解使用注水算法进行用户间的功率分配可以通过公式(9),(10),(11)得到,其中μ为注水基准,hk,n为用户k在子载波n上的信道增益,Pmax为基站的最大传输功率, 为噪声的方差,其中sk,m=1表示层m分给了用户k,否则sk,m=

0,cn,m来表示表示层m和子载波n的映射关系,如果层m占用了子载波n则cn,m=1,否则cn,m=

0,如果cn,m=0,则αn,m=0;

3.根据权利要求1所述的基于蚁群算法的SCMA系统资源分配算法,其特征在于:所述启发信息ηk,m定义为:

其中αn,m为用户k使用层m上的子载波n时的功率比例因子,它的取值为αn,m=0.5,pk,m为用户k占用m时的功率,在该步骤中功率采用均分的方式分配,由总功率和码本层数可以计算得到用户k占用层m时的功率,hk,n为用户k在子载波n上的信道增益,信道模型为小尺度衰落瑞利信道,由此得到hk,n, 为噪声的方差。

4.根据权利要求1所述的基于蚁群算法的SCMA系统资源分配算法,其特征在于:所述步骤4更新信息素的更新规则如下:

τk,m=(1‑ρ)τk,m+Δτk,m   (6)且当用户k占用层m时,

Δτk,m=Rk,m/Rgb  (7),其他情况Δτk,m=0;

其中,0≤ρ≤1为信息素挥发系数,Δτk,m为将层m分配给用户k的信息增量,Rk,m为用户k占用层m时的速率,Rk,m可以由公式(8)计算得到Rk,m=sk,mlog2(1+SNRk,m)   (8)Rgb为蚁群当前循环中求得的最大吞吐量。