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5G CU-DU架构下无线资源分配算法研究.pdf

发布时间：2022-05-30 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：1.07M 资料格式：pdf 举报 版权申诉
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    乨乴乴买为丯丯乷乷乷丮买乡买乥乲丮乥乤乵丮乣乮 5G CU-DU架构下无线资源分配算法研究 高梦宾1，张天魁2 1 北京邮电大学信息与通信工程学院下一代通信系统理论与技术研究室，北京　丱丰丰丸丷丶 2 北京邮电大学信息与通信工程学院下一代通信系统理论与技术研究室，北京　丱丰丰丸丷丶 摘要：本文研究了丵乇 乃乕中乄乕架构下联合前传链路时延和网络成本的多目标优化问题。针 对乃乕中乄乕架构下不同基带功能划分场景，解决了现有研究中缺乏对该场景下的无线资源进行 高效分配的问题。首先，本文基于丵乇网络架构演进建立了一个乃乕中乄乕场景下的多目标优化模 型。其次，本文将提出的乎乐中乨乡乲乤多目标优化问题划分为两个子问题进行求解，包括用户和基 站的一对多匹配问题和基于不同基带功能划分级别的无线资源分配问题。最后，仿真结果表 明，在用户关联和为用户分配无线资源的情况下，本论文所提出的无线资源分配算法权衡了前 传链路时延和乒乒么丯乄乕侧网络成本，能够适应丵乇中对时延和网络成本有各种不同需求的应用 场景。 关键词：通信与信息系统；功能分割；无线资源分配；中央单元丨乃乕丩；分布单元丨乄乕丩 中图分类号： 乔乎丹串 Research on Wireless Resource Allocation Algorithm under 5G CU-DU Architecture GAO Meng-Bin1, WANG Xiao-Fei2 1 乌乡乢乯乲乡乴乯乲乹 乯书 乎乥乸乴 乇乥乮乥乲乡乴乩乯乮 乃乯乭乭乵乮乩乣乡乴乩乯乮 乓乹乳乴乥乭 乔乨乥乯乲乹 乡乮乤 乔乥乣乨乮乯乬乯乧乹 乒乥乳乥乡乲乣乨， 义乮乳乴乩乴乵乴乥 乯书 义乮书乯乲乭乡乴乩乯乮 乡乮乤 乃乯乭乭乵乮乩乣乡乴乩乯乮 久乮乧乩乮乥乥乲乩乮乧，乂乥乩乪乩乮乧 乕乮乩乶乥乲乳乩乴乹 乯书 乐乯乳乴乳 乡乮乤 乔乥乬乥乣乯乭乭乵乮乩乣乡乴乩乯乮乳，乂乥乩乪乩乮乧 丱丰丰丸丷丶 2 乌乡乢乯乲乡乴乯乲乹 乯书 乎乥乸乴 乇乥乮乥乲乡乴乩乯乮 乃乯乭乭乵乮乩乣乡乴乩乯乮 乓乹乳乴乥乭 乔乨乥乯乲乹 乡乮乤 乔乥乣乨乮乯乬乯乧乹 乒乥乳乥乡乲乣乨， 义乮乳乴乩乴乵乴乥 乯书 义乮书乯乲乭乡乴乩乯乮 乡乮乤 乃乯乭乭乵乮乩乣乡乴乩乯乮 久乮乧乩乮乥乥乲乩乮乧，乂乥乩乪乩乮乧 乕乮乩乶乥乲乳乩乴乹 乯书 乐乯乳乴乳 乡乮乤 乔乥乬乥乣乯乭乭乵乮乩乣乡乴乩乯乮乳，乂乥乩乪乩乮乧 丱丰丰丸丷丶 Abstract: 乔乨乥 买乡买乥乲 乳乴乵乤乩乥乳 乴乨乥 乭乵乬乴乩中乯乢乪乥乣乴乩乶乥 乯买乴乩乭乩乺乡乴乩乯乮 买乲乯乢乬乥乭 乯书 乪乯乩乮乴 书乲乯乮乴乨乡乵乬 乬乩乮乫 乤乥乬乡乹 乡乮乤 乮乥乴乷乯乲乫 乣乯乳乴 乵乮乤乥乲 丵乇 乃乕中乄乕 乡乲乣乨乩乴乥乣乴乵乲乥丮 乆乯乲 乴乨乥 乤乩下乥乲乥乮乴 乢乡乳乥乢乡乮乤 书乵乮乣乴乩乯乮 乳买乬乩乴 乳乣乥乮乡乲乩乯乳 乵乮乤乥乲 乴乨乥 乃乕中乄乕 乡乲乣乨乩乴乥乣乴乵乲乥丬 乴乨乩乳 买乡买乥乲 乳乯乬乶乥乳 乴乨乥 买乲乯乢乬乥乭 乯书 乴乨乥 乬乡乣乫 乯书 乥与乣乩乥乮乴 乡乬乬乯乣乡乴乩乯乮 乯书 乲乡乤乩乯 乲乥乳乯乵乲乣乥乳 乩乮 乴乨乥 乥乸乩乳乴乩乮乧 乲乥乳乥乡乲乣乨丮 乆乩乲乳乴乬乹丬 乡 乭乵乬乴乩中乯乢乪乥乣乴乩乶乥 乯买乴乩乭乩乺乡乴乩乯乮 乭乯乤乥乬 乢乡乳乥乤 乯乮 乃乕中乄乕 乳乣乥乮乡乲乩乯 乩乳 乥乳乴乡乢乬乩乳乨乥乤 乢乡乳乥乤 乯乮 乴乨乥 乥乶乯乬乵乴乩乯乮 乯书 丵乇 乮乥乴乷乯乲乫 乡乲乣乨乩乴乥乣乴乵乲乥丮 乓乥乣乯乮乤乬乹丬 乴乨乥 买乲乯买乯乳乥乤 乎乐中乨乡乲乤 乭乵乬乴乩中乯乢乪乥乣乴乩乶乥 乯买乴乩乭乩乺乡乴乩乯乮 买乲乯乢乬乥乭 乩乳 乤乩乶乩乤乥乤 乩乮乴乯 乴乷乯 乳乵乢中买乲乯乢乬乥乭乳丬乩乮乣乬乵乤乩乮乧 乯乮乥中乴乯中乭乡乮乹 乭乡乴乣乨乩乮乧 买乲乯乢乬乥乭 乢乥乴乷乥乥乮 乵乳乥乲乳 乡乮乤 乢乡乳乥 乳乴乡乴乩乯乮乳 乡乮乤 乲乡乤乩乯 乲乥乳乯乵乲乣乥乳 乷乩乴乨 乤乩下乥乲乥乮乴 乢乡乳乥乢乡乮乤 书乵乮乣乴乩乯乮 乳买乬乩乴 乬乥乶乥乬乳丮 义乮 乴乨乥 乣乡乳乥 乯书 基金项目： 作者简介： 高梦宾（(1993-)，研究生，主要研究方向：无线和移动通信理论与技术。 通信作者：张天魁(1980-)，男，副教 授，邮箱：zhangtiankui@bupt.edu.cn，主要研究方向：无人机通信网络、移动边缘计算与缓存、未来网络融合与管理、无线资 源管理技术等。 中 丱 中
    乨乴乴买为丯丯乷乷乷丮买乡买乥乲丮乥乤乵丮乣乮 乵乳乥乲 乡乳乳乯乣乩乡乴乩乯乮 乡乮乤 乡乬乬乯乣乡乴乩乯乮 乯书 乲乡乤乩乯 乲乥乳乯乵乲乣乥乳 乴乯 乵乳乥乲乳丬 乩乴 乷乥乩乧乨乳 乴乨乥 书乲乯乮乴乨乡乵乬 乬乩乮乫 乤乥乬乡乹 乡乮乤 乴乨乥 乒乒么丯乄乕 乳乩乤乥 乮乥乴乷乯乲乫 乣乯乳乴丮 乆乩乮乡乬乬乹丬 乴乨乥 乳乩乭乵乬乡乴乩乯乮 乲乥乳乵乬乴乳 乳乨乯乷 乴乨乡乴 乩乮 乴乨乥 乣乡乳乥 乯书 乵乳乥乲 乡乳乳乯乣乩乡乴乩乯乮 乡乮乤 乡乬乬乯乣乡乴乩乯乮 乯书 乷乩乲乥乬乥乳乳 乲乥乳乯乵乲乣乥乳 书乯乲 乵乳乥乲乳丬 乴乨乥 乷乩乲乥乬乥乳乳 乲乥乳乯乵乲乣乥 乡乬乬乯乣乡乴乩乯乮 乡乬乧乯乲乩乴乨乭 买乲乯买乯乳乥乤 乩乮 乴乨乩乳 买乡买乥乲 乷乥乩乧乨乳 乴乨乥 书乲乯乮乴乨乡乵乬 乬乩乮乫 乤乥乬乡乹 乡乮乤 乒乒么丯乄乕 乳乩乤乥 乮乥乴乷乯乲乫 乣乯乳乴乳丬 乡乮乤 乩乳 乡乢乬乥 乴乯 乡乤乡买乴 乴乯 乡买买乬乩乣乡乴乩乯乮 乳乣乥乮乡乲乩乯乳 乷乩乴乨 乤乩下乥乲乥乮乴 乲乥乱乵乩乲乥乭乥乮乴乳 乯乮 乤乥乬乡乹 乡乮乤 乮乥乴乷乯乲乫 乣乯乳乴乳 乩乮 丵乇丮 Key words: 乃乯乭乭乵乮乩乣乡乴乩乯乮 乡乮乤 义乮书乯乲乭乡乴乩乯乮 乓乹乳乴乥乭；乆乵乮乣乴乩乯乮 乳买乬乩乴主乒乥乳乯乵乲乣乥 乡乬乬乯乣乡乴乩乯乮主 乃乥乮乴乲乡乬 乕乮乩乴丨乃乕丩主乄乩乳乴乲乩乢乵乴乩乯乮 乕乮乩乴丨乄乕丩 0 引言 随着移动互联网和物联网业务的快速发展，未来新的承载网络—丵乇网络，需要承载日益 提升地高速率、 高连接密度、 低时延及高可靠性的业务。 丵乇网络需要支持乥乍乂乂超高带宽业 务、乭乍乔乃超大连接业务和乕乒乌乌乃高可靠超低时延业务等多样化业务 [1]。 各类业务対空口速 率、连接数、时延和带宽等网络性能指标要求差异极大，为了满足不同业务的差异化需求，未 来的丵乇网络架构需要适应不同的部署场景和多样化的业务需求 [2]。乃中乒乁乎作为丵乇接入网的关 键架构，通过在虚拟化、 集中化、 可编排等方面的突破性创新，可以更好的支持多样的丵乇业 务需求、 部署组网需求，以及灵活、 自动化的运维管理需求。 乃中乒乁乎的概念已有文献引入并 做了详细介绍 [3, 4]，在乃中乒乁乎系统里，乂乂乕集中了基站的所有基带处理功能，因此与传统蜂窝 网络相比，乃中乒乁乎能够在有效降低运营商部署成本的同时带来巨大的频谱效率和能效提升。 尽管具有上述益处，网络功能集中化增加了带宽和时延方面的前传链路要求。 实际 上，丵乇前传网络可能需要高达丱丵丷丮丳乇乢丯乳的吞吐量和丱丰乵乳中串丵丰乵乳的延迟 [5]。 为了应对严格的乃中 乒乁乎前传约束，在利用乂乂乕集中化的同时，业界和学术界都在重新思考乃中乒乁乎架构，以确 保丵乇解决方案具有更高的可扩展性和灵活性。丳乇乐乐 乔乒丳丸丮丸丰丱 [6]中定义了新无线电（乎乒）的 架构，其中，乥乎乂功能被解耦成两个新的网络实体，包括集中单元（乃乕）和分布单元（乄乕）。 许多项目和行业组织已经提出了不同的基带功能分裂 [7–11]，基带处理功能可以在靠近天线站 点的分布式单元或中央单元灵活地分配，并且允许无线网络的网络功能根据时延等性能标准 放置在乃乕和乄乕中，并使放置适应乃乕和乄乕之间的前传链路传输网络的特征 [12]。 因此基于丵乇 乃乕中乄乕网络构架下的灵活功能部署问题成为了未来丵乇无线通信系统研究热点之一。 此外，在基于丵乇 乃乕中乄乕架构的无线资源分配中，通过为用户进行合理的资源分配和部 分集中乂乂乕，可以放宽带宽和时延要求 [13, 14]，从而降低了前传成本。 因此，在满足用户服 务质量需求的前提下，如何在未来丵乇网络架构对基站的无线资源进行有效的分配，成为丵乇 乃乕中乄乕架构下的一个重要研究课题。 中 串 中
    乨乴乴买为丯丯乷乷乷丮买乡买乥乲丮乥乤乵丮乣乮 图 丱为 丵乇 乃乕中乄乕不同部署架构 1 简介 1.1 已有研究工作 如图丱所示为丵乇 乃乕中乄乕架构下不同的部署方式，包括乃乕中乄乕分布式部署和乃乕中乄乕集中式 部署。 针对乃乕中乄乕分布式架构部署的无线资源分配，已有一些文献进行了研究。 从乃中乒乁乎研 究角度，文献 乛丱丵九将数据发送到乒乒乕之前在乂乂乕中采用了压缩技术，从而减少了传输所需的 带宽。文献 乛丱丶九中通过假设部分集中的乃中乒乁乎来解决这个问题。该作者提出了一种有向图的模 型来捕获基带处理功能。 基于该模型，他们提出了乂乂乕和乒乒乕之间的功能分裂机制。 所有上 述这些工作都集中在减少前传接口上的负载，假设其容量是固定的和静态的。 针对上述弊端， 在文献 乛丱丷丬 丱丸九中乒乁乎乡乡乳的概念被提出。文献 乛丱丹九研究了以用户为中心的联合优化前传链路带 宽消耗和计算资源消耗。随着乄乕侧基带处理功能增多，则乄乕侧的计算消耗量增加，但同时前 传链路带宽消耗减少。 通过两者折衷达到最小化优化目的，但是该文献没有考虑在乃乕中乄乕分 布式架构下前传链路时延问题。 文献 乛串丰九研究了有限前传链路容限下基于乃中乒乁乎的两种不 同乃乕中乄乕功能划分的乒乒么部署问题，优化目标是满足乑乯乓需求的同时最小化网络的总部署成 本。该问题采取了带权集合覆盖问题丨乗乓乃丩的贪婪算法求解，但是该文献同样没有考虑前传链 路时延问题。 文献 乛串丱乻串临九是关于提高整体乃中乒乁乎系统容量的技术的分析研究。 与我们的工作 不同，上述工作有的不能应用基于乃中乒乁乎 的乃乕中乄乕分布式架构，対无线资源分配问题展开研 究。 而在有的基于乃乕中乄乕分布式架构下的文献，没有从无线资源分配的角度出来，通过联合 考虑最佳功能分裂和无线资源分配的影响来评估移动网络的时延消耗和部署成本之间的权衡问 题。 综上，已有基于乃乕中乄乕分布式部署网络架构研究的无线资源分配算法存在两种问题：一、 从架构角度，乃中乒乁乎系统无法适应未来网络功能灵活按需部署以及系统中严格的前传链路高 时延和高带宽等限制；二、 从无线资源分配角度，已有研究多数从网络性能角度分析，很少 有结合乃乕中乄乕架构联合考虑网络性能和网络成本的研究。 本课题针对以上出现的问题，从丵乇 中 丳 中
    乨乴乴买为丯丯乷乷乷丮买乡买乥乲丮乥乤乵丮乣乮 乃乕中乄乕分布式网络架构进行研究并提出合适的求解算法。 1.2 研究内容 在研究的优化目标上，从网络架构角度分析，在乃乕中乄乕分布式架构下，基于乃乕中乄乕功能 划分的基础上，联合优化了前传链路时延和网络的部署成本。 在乃乕中乄乕分布式架构下的无线 资源分配算法研究中，我们引入了一个系统模型，该模型是一个二级结构，上层是乃乕云化 层，下层是乒乒么和乄乕组成的层级结构，其中每个乒乒么连接一个乄乕设备，连接乄乕和乃乕的链 路称为前传链路。 我们假设系统模型中存在一定数量的用户和一定数量的乐乒乂无线资源，每 个乒乒么端给接入的用户分配功率。 在这个二级架构中，我们通过设计算法为用户分配不同 的乐乒乂和功率值，并且结合乄乕不同功能分裂，来联合优化前传链路时延和乒乒么丯乄乕侧的部署 成本。在为用户进行有限的资源分配基础上，指导运营商处理冲突目标之间的平衡，以达到总 体成本的最低。 在研究目标的解决方案上，本文基于传统理论的解决方案将原始复杂的乎乐中乨乡乲乤优化问题 分解成两个易解决的子问题：乕久中乒乒么关联匹配问题和无线资源分配问题。通过使用本文设计 的两阶段优化算法，系统可以有效的在前传链路时延性能和网络的部署成本之间取得平衡，达 到总体成本最低，效益最大。 1.3 创新点和贡献 针对丵乇 乃乕中乄乕分布式架构下无线资源分配算法研究，本课题通过设计相关模型，采用两 阶段分步思想対无线资源分配算法进行设计，提出的无线资源分配可以有效的指导运营商在 为用户进行有限的资源分配基础上，根据网络的不同部署场景，处理网络性能和成本，在两者 之间取得平衡，使得总成本最低，同时更好的为用户提供有乑乯乓保障的服务。本文主要贡献包 括： 丨丱丩本文基于无线资源分配算法理论建立了一个丵乇 乃乕中乄乕分布式架构下的优化模型，该模 型以最小化前传链路时延和乒乒么丯乄乕侧成本为目标，同时受限于用户速率和基站发射功率以 及前传链路容量等。 丨串丩本文提出丵乇 乃乕中乄乕分布式网络架构场景下基于两阶段的无线资源分配算法。该算法通 过分解为两个子问题分别进行求解。第一个子问题解决用户和基站匹配问题，第二个子问题对 用户进行无线资源分配，以使前传链路时延和乒乒么丯乄乕侧成本最小。 2 系统模型 2.1 网络架构 本文考虑是多用户基于不同乃乕中乄乕功能划分的乒乁乎下行链路，网络模型如图串所示。该模 型是一个二级结构，上层是乃乕云化层，下层是乒乒么和乄乕组成的层级架构，其中每个乒乒么连 中 临 中
    乨乴乴买为丯丯乷乷乷丮买乡买乥乲丮乥乤乵丮乣乮 图 串为 乃乕中乄乕分布式架构系统模型 接一个乄乕设备，连接乄乕和乃乕的链路称为前传链路。 我们假设系统模型中存在一定数量的用 户和一定数量的乐乒乂无线资源，每个乒乒么端给接入的用户分配无线资源。 J 丽 {j|丱 ≤ j ≤ J} 代表乒乒么的集合，I 丽 {i|丱 ≤ i ≤ I}代表用户的集合，乐乒乂的集合表 示为K 丽 {k |丱 ≤ k ≤ K }。 假设hijk是用户i在乐乒乂 k上乒乒么 j之间的信道增益，在乐乒乂 k上 从乒乒么 j到用户i分配功率是Pijk。在乐乒乂 k上用户i接收到乒乒么 j 的信干噪比为： SIN Rijk 丽 Pijkhijk bijωjkipjkihjki 丫 PAW GN ,∀i ∈ I, j ∈ J 丨丱丩 j∈J i∈I 其中，bij 丽 丱，表示用户i 关联乒乒么 j，否则为丰。ωijk 丽 丱表示当关联到乒乒么 j 上的乕久 i 被分 配乐乒乂 k，否则为丰。 PAW GN 是加性高斯白噪声丨乁乗乇乎丩功率。 因此，在乐乒乂 k 上乒乒么 j 上 的用户i的速率为： 其中，乂是一个乐乒乂的带宽。 在下行链路中，乒乒么 j的总速率为： rjki 丽 B乬乯乧2 丨丱 丫 SIN Rijk丩 ,∀i ∈ I, j ∈ J Rj 丽 bijωijkrjki 丽 bijωijkB乬乯乧2 丨丱 丫 SIN Rijk丩 k∈K i∈I k∈K i∈I 在该片场景的覆盖区域内，最小的总和速率Rz应该被保证： bijωijkB乬乯乧2 丨丱 丫 SIN Rijk丩 ≥ Rz k∈K j∈J i∈I 2.2 前传链路时延模型 丨串丩 丨丳丩 丨临丩 用户的传输数据与Rj成正比，这里的乒乒么 j的传输数据是乒乒么 j从乂乂乕中经过前传链 路j接收到的，假设考虑丁t时间内的负载量丁t × Rj。 基带处理功能能在乂乂乕和乒乒么之间进行 中 丵 中
    乨乴乴买为丯丯乷乷乷丮买乡买乥乲丮乥乤乵丮乣乮 表 丱为 参数定义 定义 用户集合 基站集合 乐乒乂集合 中央单元 分布单元 射频拉远头 一个乐乒乂的带宽 用户i在乐乒乂 k上乒乒么 j之间的信道增益 乐乒乂 k上从乒乒么 j 到用户i 分配功率 乒乒么 j 的总速率之和 覆盖区域内的最小总和速率 ωijk 丽 丱表示当关联到乒乒么 j 上的乕久 i被分配乐乒乂 k bij 丽 丱表示用户i 关联乒乒么 j，否则为丰 乒乒么 j基带功能划分级别{丱串丳临} 加性高斯白噪声功率 参数 I J K 乃乕 乄乕 乒乒么 乂 hijk Pijk Rj Rz ωijk bij sj PAW GN 分割。如果乒乒么划分的基带处理功能越多，即sj越大，则相应的乂乂乕中基带处理功能越少，前 传链路所需的传输速率降低，传输的数据负载减少。为了対发送数据负载和功能划分级别之间 的反向关系建模，假设前传链路中的发送数据等于来自接入链路中乒乒么的发送数据除以功能 划分级别。所以前传链路j的数据负载为： Dj 丽 丁t × Rj sj ,∀j 丨丵丩 考虑到乂乂乕到乒乒么 j之间的前传链路传输能力Uj丨每秒的比特数丩，在前传链路上针对每秒 的传输数据有一个限制： 延是： 数。所有乒乒么 j的时延τtotal 丽 j∈J τj应该最小。 中 丶 中 bijωijkB乬乯乧2 丨丱 丫 SIN Rijk丩 ≤ Uj,∀j 丨丶丩 k∈K i∈I sj 考虑前传链路j的最大传输能力Uj，当存在Dj比特的数据负载时，在前传链路j的传输时 考虑到丵乇网络対延迟的要求，前传网络的传输延时可以作为资源分配问题的优化目标函 τj 丽 ,∀j Dj Uj 丨丷丩
    2.3 网络成本模型 乒乒么划分的基带处理功能越多，前传链路延时减少的越多，但是相应的乄乕端的成本也会 乨乴乴买为丯丯乷乷乷丮买乡买乥乲丮乥乤乵丮乣乮 增加。因为乄乕侧基带处理功能越多，则处理功率成本越多。 假设乄乕 j的功能划分级别sj与乄乕侧处理成本之间的函数关系为： j∈J C 丽 F 丨sj丩 在这里，我们假设F 丨sj丩 丽 C0 × sj，C0是一个成本系数。 所以所有乒乒么的成本总和为： j∈J C 丽 C0 sj 2.4 联合前传链路时延和网络成本模型 因此，本文优化目标联合优化前传链路延时和网络成本模型是： 乭乩乮 bij ,Pijk,sj ,ωijk 乳.乴. C1 为 C2 为 j∈J i∈I C Cmin β τtotal τmin 丫 丨丱 − β丩 bijωijkB乬乯乧2 丨丱 丫 SIN Rijk丩 ≥ Rz k∈K bijωijkB乬乯乧2 丨丱 丫 SIN Rijk丩 ≥ Rmin,i,∀i ∈ I bijωijkPijk ≤ Pmax,j,∀j ∈ J i∈I bij 丽 丱,∀i ∈ I bijωijkB乬乯乧2 丨丱 丫 SIN Rijk丩 ≤ Uj,∀j ∈ J bijωijk ≤ 丱,∀j ∈ J, k ∈ K j∈J k∈K k∈K i∈I k∈K sj C3 为 C4 为 C5 为 C6 为 j∈J i∈I C7 为 ωijk ≤ bij, 丨丸丩 丨丹丩 丨丱丰乡丩 丨丱丰乢丩 丨丱丰乣丩 丨丱丰乤丩 丨丱丰乥丩 丨丱丰书丩 丨丱丰乧丩 丨丱丰乨丩 丨丱丰乩丩 其中，C1确保所研究区域的所有用户的最小总和速率，C2确保每个接入乒乒么的乕久有一个最小 数据速率，C3 表示每个乒乒么有一个链路容量限制，C4表示乒乒么最大功率限制，C5表示每个用 户仅关联一个乒乒么，C6保证每个乐乒乂至多分配给一个用户，C7 在用户与乒乒么关联的基础上分 配乐乒乂。由此可见，该问题为非线性混合整数规划问题。 中 丷 中
    3 无线资源算法设计 3.1 UE-RRH匹配算法 乨乴乴买为丯丯乷乷乷丮买乡买乥乲丮乥乤乵丮乣乮 在本节，我们将优化用户和基站匹配的问题。 给定变量Pijk, sj, ωijk ，上述优化问题可以 转化为： j∈J 乭乡乸 i∈I bij s.t.C1 − C6 bijSIN Rij 丨丱丱丩 解决乕久和基站关联问题，目的是将接入的乕久与提供高信道质量的乒乒么相关联。如下估计 每个被关联的乕久接受的乓义乎乒： SIN Rij 丽 j∈J\{j} Pmax,jhij Pmax,jhij 丫 PAW GN 丨丱串丩 其中，hij是乒乒么 j 和乕久 i之间的平均信道带宽增益。Pmax,j 是乒乒么 j 传输的最大功率。 我们在算法丱中总结提出了乕久中乒乒么匹配算法丨乂乒乁乁丩。 问题（丱丱）是一个丰中丱多重背包问 题，对于此问题，动态规划效率低，因为计算复杂度比解决丰中丱背包问题要大得多。因此，我们 提出了一种贪婪算法来找到一个可行的次优解（参见算法丱）。 算法丱的关键思想时如果乒乒么的 前传链路仍具有足够的容量来容纳乕久，则将乕久与提供最高加权带宽乓义乎乒的乒乒么相关联。 首 先，针对所有的乒乒么 计算每个乕久的加权带宽乓义乎乒。 然后，将选择向乕久提供下一个最高加权 带宽乓义乎乒的乒乒么，并重复相同的过程。该算法的渐进计算复杂度为O 丨|J||I|丩 。 3.2 朗格朗日对偶分配算法 乕久中乒乒么之间的关联匹配问题解决之后，变量bij 得以确定。 接下来只剩变量Pijk, sj, ωijk ，分别是功率的分配、乄乕的功能划分级别、乐乒乂分配向量。上述优化问题可转换为： 上述问题可以通过采用拉格朗日对偶方法进行解决，转化为为 乭乩乮 p,s,ω,λ β τtotal τmin 丫 丨丱 − β丩 C Cmin 乭乩乮 Pijk,sj ,ωijk β τtotal τmin 丫 丨丱 − β丩 C Cmin z∈Z 丫 λz Rz − j∈J i∈I k∈K 丨丱丳丩 丨丱临丩 pijkhijk N0I ωijkB乬乯乧2 丱 丫 其中，λ是朗格朗日因子。对于所有z ∈ {丱, ..., Z}，λ是λz的一个向量。该问题可以分为两 个层次的优化问题，其中所有低层次问题都以分布式方式解决，高层次问题都以集中式方式解 决。其中，高层次的集中问题是： Rz − β τtotal τmin 乭乩乮 p,s,ω,λ λz z∈Z 丫 丨丱 − β丩 C Cmin 丫 i∈I j∈J k∈K ωt−1 ijk B乬乯乧2 丱 丫 pt−1 ijk hijk N0I 丨丱丵丩 中 丸 中
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