CN107509250B - 多用户多业务的授权和非授权频谱的联合分配方法及装置 - Google Patents

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CN107509250B CN201710912220.5A CN201710912220A CN107509250B CN 107509250 B CN107509250 B CN 107509250B CN 201710912220 A CN201710912220 A CN 201710912220A CN 107509250 B CN107509250 B CN 107509250B
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Abstract

本发明实施例提供一种多用户多业务的授权和非授权频谱的联合分配方法及装置，用于LTE和WiFi异构网络***，所述方法包括：根据不同业务的传输速率需求差异，不同用户的信道质量差异，以及授权频谱和非授权频谱自身的质量差异，采用两步速率分配法，先对可分配授权频谱的LTE用户进行授权频谱资源的分配，其次，在授权频谱分配的基础上，进一步将非授权频谱分配给所有的LTE和WiFi用户，实现了在授权和非授权载波聚合时，对多用户多业务的授权和非授权频谱合理地进行联合分配，提升了异构网络***的总效用。

Description

多用户多业务的授权和非授权频谱的联合分配方法及装置
技术领域
本发明涉及无线通信领域，尤其涉及多用户多业务的授权和非授权频谱的聚合分配方法与装置。
背景技术
随着无线通信技术的发展，融合了多种通信***的异构网络成为下一代无线网络发展的方向，异构网络能够通过***间融合的方式，使多***之间取长补短，综合发挥各自的优势，无线资源管理是异构网络中的一个重要研究课题，其目标是高效利用受限的无线频谱、传输功率以及无线网络的基础设施。如图1所示，在一个LTE小区和一个WiFi网络共存于同一非授权频谱的异构网络中，LTE SBS(Long Term Evolution small cell basestation，基于通用移动通信***标准的长期演进的小型基站)工作在授权频谱且与WiFiAP(WiFi Wireless Access Point，WiFi无线访问接入点)共享非授权频谱，其中LTE用户具有聚合授权和非授权频谱的能力，WiFi用户只能使用非授权频谱。因此，LTE和WiFi异构网络中的无线资源管理——频谱分配是一个亟待解决的重要问题。
LTE和WiFi异构网络中的频谱分配由Core Network(核心网络)的中心控制器进行。现有技术中，目前的频谱分配方法有：LTE用户在授权和非授权频段聚合情况下的频谱分配方法、LTE用户在授权频段的多用户多业务的资源分配方法、WiFi用户在非授权频段的多用户多业务的频谱分配方法。
上述现有技术的频谱分配方法都没有考虑在授权和非授权载波聚合时，既有LTE用户请求又有WiFi用户请求的情况下，如何进行频谱的联合分配。也就是说，现有技术中，没有在授权和非授权载波聚合时，多用户多业务情况下频谱的联合分配方法。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种多用户多业务的授权和非授权频谱的联合分配方法及装置，用于LTE和WiFi异构网络***，以实现在授权和非授权载波聚合时，多用户多业务情况下频谱的联合分配。具体技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种多用户多业务的授权和非授权频谱的联合分配方法，包括：
获得请求接入***的多个LTE用户及多个WiFi用户，其中LTE用户包括LTE QoS用户和LTE BE用户；
获得所述各个LTE QoS用户的当前信道质量；
根据当前可分配的授权频道的传输速率及所述各个LTE QoS用户的当前信道质量，从所述各个LTE QoS用户中选择满足最小传输速率需求的所有第一LTE QoS用户；所述第一LTE QoS用户为可分配授权频谱资源的LTE QoS用户；
利用预先根据最大化用户总效用原则确定的授权频谱资源分配算法，为所述各个第一LTE QoS用户及各个LTE BE用户分配授权频谱资源；
利用预先根据最大化用户总效用原则确定的非授权频谱资源分配算法，为所述各个LTE用户及各个WiFi用户分配非授权频谱资源。
可选的，所述获得所述各个LTE QoS用户的当前信道质量的步骤，包括：获得各个LTE QoS用户的当前信道质量因子；
所述根据当前可分配的授权频道的传输速率及所述各个LTE QoS用户的当前信道质量，从所述各个LTE QoS用户中选择满足最小传输速率需求的所有第一LTE QoS用户的步骤，包括：
将所述各个LTE QoS用户按信道质量因子递减排序；
从信道质量因子最大的LTE QoS用户开始，执行如下步骤：
判断是否成立，
其中为所述当前可分配的授权频道的传输速率，其初始值为当前可分配的授权频谱的最大数据传输速率RL，
为各个LTE QoS用户的当前信道质量因子，其初始值为信道质量因子最大的LTE QoS用户的当前信道质量因子，
r0为QoS用户需求的最小数据传输速率，
所述LTE QoS用户的队列为
如果成立，则将与所述对应的LTE QoS用户存入用于保存第一LTE QoS用户的队列中，同时令返回所述判断是否成立的步骤，直至不满足所述判断条件。
可选的，所述利用预先根据最大化用户总效用原则确定的授权频谱资源分配算法，为所述各个第一LTE QoS用户及各个LTE BE用户分配授权频谱资源的步骤，包括：
利用第一公式，为所述各个第一LTE QoS用户及各个LTE BE用户分配授权频谱资源；
所述第一公式为：
其中，第一拉格朗日乘子λ需满足条件：
为各个LTE用户的最优授权频谱传输速率，包括表示的所述各个第一LTEQoS用户的最优授权频谱传输速率，表示的除所述第一LTE QoS用户外的其余LTE QoS用户的最优授权频谱传输速率，表示的所述各个LTE BE用户的最优授权频谱传输速率，LTE用户的队列为LTE BE用户的队列为
可选的，所述预先根据最大化用户总效用原则确定授权频谱资源分配算法，包括：
根据最大用户总效用确定授权频谱资源分配模型；
根据授权频谱资源分配模型、QoS用户效用函数、BE用户效用函数，构造第一拉格朗日函数；
其中，所述授权频谱资源分配模型为：
所述QoS用户效用函数为，C为用户对r0的需求程度，为所述各个LTE QoS用户的授权频谱传输速率；
所述BE用户效用函数为，k为用户对传输速率的需求程度，rmax表示BE用户需求的最大传输速率，为所述各个LTE BE用户的授权频谱传输速率；
构造的第一拉格朗日函数为：
根据求取最优解的KKT条件，所述第一拉格朗日函数的偏导函数应满足条件：
根据所述第一拉格朗日函数的偏导函数应满足的等式，得到所述第一公式。
可选的，所述利用第一公式，为所述各个第一LTE QoS用户及各个LTE BE用户分配授权频谱资源的步骤，包括：
根据所述各个第一LTE QoS用户的信道质量因子及所述第一公式，获取所述各个第一LTE QoS用户的最优授权频谱传输速率，将授权频谱资源与所述各个第一LTE QoS用户的最优授权频谱传输速率一一对应，逐一分配给所述各个第一LTE QoS用户；
根据所述各个LTE BE用户的信道质量因子及所述第一公式，获取所述各个LTE BE用户的最优授权频谱传输速率，将余下的授权频谱资源与所述各个LTE BE用户的最优授权频谱传输速率一一对应，逐一分配给所述各个LTE BE用户。
可选的，所述利用预先根据最大化用户总效用原则确定的非授权频谱资源分配算法，为所述各个LTE用户及各个WiFi用户分配非授权频谱资源的步骤，包括：
利用第二公式，为所述各个LTE用户及各个WiFi用户分配非授权频谱资源：
所述第二公式包括：
其中，β为第二拉格朗日乘子，需满足条件：
为所述各个LTE用户的最优非授权频谱传输速率，包括表示的LTE QoS用户的最优非授权频谱传输速率，表示的各个LTE BE用户的最优非授权频谱传输速率，
rW,j为所述各个WiFi用户的最优非授权频谱传输速率，包括表示的WiFi QoS用户的最优非授权频谱传输速率，表示的各个WiFi BE用户的最优非授权频谱传输速率，
WiFi用户的队列为WiFi QoS用户的队列为WiFi BE用户的队列为RU和RW分别表示LTE SBS和WiFi AP在非授权频谱上的瞬时传输速率。
可选的，所述预先根据最大化用户总效用原则确定非授权频谱资源分配算法，包括：
根据最大化用户总效用确定非授权频谱资源分配模型，构造第二拉格朗日函数；
其中，非授权频谱资源分配模型为：
和分别表示各个LTE和各个WiFi用户占用非授权频谱的时间因子，ts表示非授权频谱可被占用的总时间因子；
构造的第二拉格朗日函数为：
根据求取最优解的KKT条件，得到LTE和WiFi用户占用非授权频谱的时间因子的表达式：
根据所述LTE和WiFi用户占用非授权频谱的时间因子的表达式，以及LTE SBS和WiFi AP在非授权频谱上的瞬时传输速率RU和RW，得到所述第二公式。
可选的，所述利用第二公式，为所述各个LTE用户及各个WiFi用户非分配授权频谱资源的步骤，包括：
根据所述各个LTE用户和WiFi用户的信道质量因子及所述第二公式，获取所述各个LTE用户及各个WiFi用户的最优非授权频谱传输速率，将非授权频谱资源与所述各个LTE用户及各个WiFi用户的最优非授权频谱传输速率一一对应，逐一分配给各个LTE用户及各个WiFi用户。
第二方面，本发明实施例提供了一种多用户多业务的授权和非授权频谱的联合分配装置，包括：
用户获取单元，用于获取请求接入***的多个LTE用户及多个WiFi用户，其中LTE用户包括LTE QoS用户和LTE BE用户；
信道质量获取单元，用于获取所述各个LTE QoS用户的当前信道质量；
第一LTE QoS用户确定单元，用于根据当前可分配的授权频道的传输速率及所述各个LTE QoS用户的当前信道质量，从所述各个LTE QoS用户中选择满足最小传输速率需求的所有第一LTE QoS用户；所述第一LTE QoS用户为可分配授权频谱资源的LTE QoS用户；
授权频谱资源分配单元，用于利用预先根据最大化用户总效用原则确定的授权频谱资源分配算法，为所述各个第一LTEQoS用户及各个LTE BE用户分配授权频谱资源；
非授权频谱资源分配单元，用于利用预先根据最大化用户总效用原则确定的非授权频谱资源分配算法，为所述各个LTE用户及各个WiFi用户分配非授权频谱资源。
第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括：处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
所述存储器，用于存放计算机程序；
所述处理器，用于执行所述存储器上所存放的计算机程序时，实现本发明实施例第一方面的任意一种方法步骤。
本发明实施例提供的一种多用户多业务的授权和非授权频谱的联合分配方法及装置，与现有技术相比，根据不同业务的传输速率需求差异，不同用户的信道质量差异，以及授权频谱和非授权频谱自身的质量差异，采用两步速率分配法，先对可分配授权频谱的LTE用户进行授权频谱资源的分配，其次，在授权频谱分配的基础上，进一步将非授权频谱分配给所有的LTE和WiFi用户，实现了在授权和非授权载波聚合时，对多用户多业务的授权和非授权频谱合理地进行联合分配，提升了异构网络***的总效用。当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为LTE和WiFi异构网络中的用户业务传输场景图；
图2为本发明实施例的多用户多业务的授权和非授权频谱的联合分配方法的一种流程示意图；
图3为图2所示实施例中步骤S203的一种具体流程示意图；
图4为本发明实施例的多用户多业务的授权和非授权频谱的联合分配装置的结构示意图；
图5为本发明实施例的电子设备的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明实施例提供的一种多用户多业务的授权和非授权频谱的联合分配方法，可以应用于LTE和WiFi异构网络***的中心网络的控制器，该控制器包括台式计算机、便携式计算机，服务器等，在此不作限定，任何可以实现本发明实施例的电子设备，均属于本发明实施例的保护范围。
参见图2，图2为多用户多业务的授权和非授权频谱的联合分配方法的一种流程示意图，包括如下步骤：
S201，获得请求接入***的多个LTE用户及多个WiFi用户，其中LTE用户包括LTEQoS用户和LTE BE用户；
在LTE和WiFi异构网络***中，中心网络的控制器接收多个LTE用户及多个WiFi用户的业务接入请求并接入，根据用户的业务类型将所述用户进行区分，包括LTE QoS用户、LTE BE用户，以及WiFi QoS用户、WiFi BE用户，其中所述业务类型包括有最小传输速率需求的QoS(Quality of Service，服务质量)业务，以及无特定传输速率需求的BE(Best-Effort，尽力而为)业务，对于无特定传输速率需求的BE业务，其传输速率越大越好。
所述根据用户的业务类型将所述用户进行区分，可以是根据具体的业务内容进行区分，例如对于音频、视频及关键任务等业务用户可确定为QoS用户，对于无特定时间需求的网页浏览、邮件收发等业务用户可确定为BE用户；还可以是根据所述业务请求中携带的用户业务类型标签直接区分；还可以是根据其他任何能够表征业务对传输速率需求的信息进行区分，例如与业务请求对应的用户为运营商的ViP用户，对传输速率有指定的最小需求，则可将其确定为QoS用户，将非ViP用户确定为BE用户。对于用户的具体区分方法在此不作限制。
S202，获得所述各个LTE QoS用户的当前信道质量；
由于不同用户各自的信道具有不同的信道质量，所述信道质量会造成频谱传输速率的损耗，例如当信道质量差时，频谱传输速率损耗过多，很有可能无法满足用户的需求，因此对接入业务请求的各个用户分配频谱资源之前，需要获得所述各个LTE QoS用户的当前信道质量，以保证频谱资源的分配在考虑了信道质量的影响后，能够满足用户需求。
信道质量的获取可以是从所述中心网络控制器中提取预先存储的各信道的质量信息，也可以是实时地获取当前信道状态参数如时延、信噪比等，再根据所述状态参数计算出信道质量信息。任何获取当前信道质量的方式均可用于本步骤，在此不作限制。
S203，根据当前可分配的授权频道的传输速率及所述各个LTE QoS用户的当前信道质量，从所述各个LTE QoS用户中选择满足最小传输速率需求的所有第一LTE QoS用户；所述第一LTE QoS用户为可分配授权频谱资源的LTE QoS用户；
由于非授权频谱采用LBT(Listen Before Traffic，先听后说)的信道接入技术，具有质量非平稳的特点，相对而言授权频谱自身的质量优于所述非授权频谱，因此将授权频谱优先分配给有最小速率需求的LTE QoS用户，以更好地满足速率需求，实现频谱的合理利用。
同时考虑用户信道质量对传输速率的影响，从所有LTE QoS用户中选取所有第一LTE QoS用户，作为可分配授权频谱资源的LTE QoS用户。所述第一LTE QoS用户为信道质量能够满足最小传输速率需求的LTE QoS用户，即通过对所述第一LTE QoS用户的选取，进一步提高了频谱分配的合理性。
对于所述第一LTE QoS用户的选取，可以是通过预先对所述异构网络信道进行多次测试验证，获取一个信道质量阈值，选取信道质量大于所述信道质量阈值的用户作为所述第一LTE QoS用户；还可以是根据所述异构网络中接入LTE QoS用户的历史信息，确定出授权频谱所能支持的最大LTE QoS用户数量，将所述LTE QoS用户按信道质量降序排序，从信道质量排在首位的用户开始，依次选取与所述信道质量对应的用户，直到选取数量达到所述授权频谱所能支持的最大LTE QoS用户数量，作为所述第一LTE QoS用户。凡是能够选取出所述第一LTE QoS用户的方法均可用于本步骤。
S204，利用预先根据最大化用户总效用原则确定的授权频谱资源分配算法，为所述各个第一LTE QoS用户及各个LTE BE用户分配授权频谱资源；
S205，利用预先根据最大化用户总效用原则确定的非授权频谱资源分配算法，为所述各个LTE用户及各个WiFi用户分配非授权频谱资源；
所述异构网络的中心控制器利用预先确定的频谱资源分配算法分配频谱资源时，需要使各个用户的满意度达到最佳，也就是要以实现最大化用户总效用为原则。
因此，在确定所述频谱资源分配算法时，可以是将各个用户的需求作为约束条件，将总量有限的频谱资源，按能够满足所述约束条件为前提进行划分，划分后逐一分配给各个用户，可以理解的是所述划分是不唯一的，从而使得用户效用也是不唯一的，由此通过各个用户的用户效用获得的所有用户的总效用也是不唯一的，以最大化用户总效用为原则，选取用户总效用最大时对应的划分方案为各个用户分配频谱资源，即可使得频谱资源的分配是实现了最大化用户总效用的，是所有可能的分配方案中能够使各个用户的满意度达到最佳的方案。按所述最佳方案将划分的频谱资源逐一分配给各个用户。
在确定所述频谱资源分配算法时，对于所述步骤S204，可以是将所述各个第一LTEQoS用户的需求作为约束条件，所述划分过程优先向及所述各个第一LTE QoS用户分配授权频谱资源，当余下的授权频谱资源不足以支持下一个LTE QoS用户时，将余下的资源划分给各个LTE BE用户。
在确定所述频谱资源分配算法时，对于所述步骤S205，是向各个LTE用户及各个WiFi用户分配非授权频谱资源，也就是说对于已经分配了授权频谱的所述各个第一LTEQoS用户及各个LTE BE用户，仍然被分配了非授权频谱，根据所述第一LTE QoS用户的选取，可以理解的是由此减少了频谱资源被质量不够好的信道损耗，进一步提高了频谱资源的合理利用，提高了用户满意度。
所述获得所述各个LTE QoS用户的当前信道质量的步骤S202，可选的包括：获得各个LTE QoS用户的当前信道质量因子，所述信道质量因子是通过具体数值表示的信道质量好坏的参数。
参见图3，图3为图2所示实施例中步骤S203的一种具体流程示意图，所述步骤S203，可选的包括以下步骤：
S301，将所述各个LTE QoS用户按信道质量因子递减排序，从信道质量因子最大的LTE QoS用户开始，执行如下步骤：
S302，判断是否成立，其中为所述当前可分配的授权频道的传输速率，其初始值为当前可分配的授权频谱的最大数据传输速率RL，为各个LTE QoS用户的当前信道质量因子，其初始值为信道质量因子最大的LTE QoS用户的当前信道质量因子，r0为QoS用户需求的最小数据传输速率，所述LTE QoS用户的队列为
S303，如果成立，则将与所述对应的LTE QoS用户存入用于保存第一LTE QoS用户的队列中；
S304，令返回所述判断是否成立的步骤S302；
S305，当不满足步骤S302的所述判断条件时，所述第一LTE QoS用户选取完成，结束选取。
为了方便理解图3所示的具体流程，下面通过一个具体例子进行说明。
将所述各个LTE QoS用户按信道质量因子递减排序，得到队列从排在所述队列首位的用户1开始执行判断步骤，将用户1的信道质量因子和当前可分配的授权频谱的最大数据传输速率RL代入步骤S302，判断是否成立，应当理解的是，排在所述队列首位的用户1的信道质量是所有LTEQoS用户中最好的，因此对于第一个用户，一般情况下条件是成立的，将用户1放入所述第一LTE QoS用户队列中；令判断是否成立，若成立，将用户2放入所述第一LTE QoS用户队列中；令判断是否成立，若成立，将用户3放入所述第一LTE QoS用户队列中；依次循环，直到所述判断条件不成立，获得所述第一LTE QoS用户队列并结束所述选取。
可选的，所述步骤S204中，所述为所述各个第一LTE QoS用户及各个LTE BE用户分配授权频谱资源，可以包括步骤S2040(未在流程图中标出)：利用第一公式，为所述各个第一LTE QoS用户及各个LTE BE用户分配授权频谱资源；
所述第一公式为：
其中，第一拉格朗日乘子λ需满足条件：
为各个LTE用户的最优授权频谱传输速率，包括表示的所述各个第一LTEQoS用户的最优授权频谱传输速率，表示的除所述第一LTE QoS用户外的其余LTE QoS用户的最优授权频谱传输速率，表示的所述各个LTE BE用户的最优授权频谱传输速率，LTE用户的队列为LTE BE用户的队列为
可见对于不同用户，所述第一公式综合考虑了不同业务类型、不同信道质量对授权频谱传输速率的影响，相应的，根据所述第一公式获得的所述各个LTE用户的最优授权频谱传输速率，即使在所述影响下，是依然能够满足不同用户需求的最合适的授权频谱传输速率，按照所述最优授权频谱传输速率将授权频谱资源进行分配，能够保证对用户服务的质量。
可选的，在所述步骤S204中，所述预先根据最大化用户总效用原则确定的授权频谱资源分配算法，可以包括步骤S2041(未在流程图中标出)：根据最大用户总效用确定授权频谱资源分配模型；根据授权频谱资源分配模型、QoS用户效用函数、BE用户效用函数，构造第一拉格朗日函数；
其中，所述授权频谱资源分配模型为：
所述QoS用户效用函数为，C为用户对r0的需求程度，可以根据历史经验设置，为所述各个LTE QoS用户的授权频谱传输速率；
所述BE用户效用函数为，k为用户对传输速率的需求程度，可以根据历史经验设置，rmax表示BE用户需求的最大传输速率，可以通过分析BE用户接入所述异构网络中的历史信息设置，为所述各个LTE BE用户的授权频谱传输速率；
构造的第一拉格朗日函数为：
根据求取最优解的KKT条件，所述第一拉格朗日函数的偏导函数应满足条件：
根据所述第一拉格朗日函数的偏导函数应满足的等式，得到所述第一公式。同时从所述等式中可以看出，每个被服务用户的边缘效用函数值相等，都等于拉格朗日乘子λ，即最优解能够保证每个LTE用户对授权频段速率的需求程度相等，也就是使每个用户的满意度均符合其需求，达到了满意度最佳的效果，因此得到的所述第一公式也就是满足了所述最大用户总效用的。应当理解的是，所述KKT条件是指非线性规划问题有最优化解法的必要和充分条件，是广义化拉格朗日函数的成果。
可选的，所述步骤S2040，包括：
根据所述各个第一LTE QoS用户的信道质量因子及所述第一公式，获取所述各个第一LTE QoS用户的最优授权频谱传输速率，将授权频谱资源与所述各个第一LTE QoS用户的最优授权频谱传输速率一一对应，逐一分配给所述各个第一LTE QoS用户；
根据所述各个LTE BE用户的信道质量因子及所述第一公式，获取所述各个LTE BE用户的最优授权频谱传输速率，将余下的授权频谱资源与所述各个LTE BE用户的最优授权频谱传输速率一一对应，逐一分配给所述各个LTE BE用户。
可选的，在所述步骤S205中，所述利用预先根据最大化用户总效用原则确定的非授权频谱资源分配算法，为所述各个LTE用户及各个WiFi用户分配非授权频谱资源，可以包括步骤S2050：
利用第二公式，为所述各个LTE用户及各个WiFi用户分配非授权频谱资源：
所述第二公式包括：
其中，β为第二拉格朗日乘子，需满足条件：
为所述各个LTE用户的最优非授权频谱传输速率，包括表示的LTE QoS用户的最优非授权频谱传输速率，表示的各个LTE BE用户的最优非授权频谱传输速率，
rW，j为所述各个WiFi用户的最优非授权频谱传输速率，包括表示的WiFi QoS用户的最优非授权频谱传输速率，表示的各个WiFi BE用户的最优非授权频谱传输速率，
WiFi用户的队列为WiFi QoS用户的队列为WiFi BE用户的队列为RU和RW分别表示LTE SBS和WiFi AP在非授权频谱上的瞬时传输速率。
可见所述第二公式，综合考虑了不同业务类型、用户信道质量对非授权频谱传输速率的影响，相应的，通过所述第二公式得到的所述各个LTE用户的最优非授权频谱传输速率以及所述各个WiFi用户的最优非授权频谱传输速率，即使在所述影响下，是依然可以满足用户需求的最合适的非授权频谱传输速率，能够保证对用户服务的质量。
可选的，在所述步骤S205中，所述预先根据最大化用户总效用原则确定非授权频谱资源分配算法，可以包括步骤S2051：根据最大化用户总效用确定非授权频谱资源分配模型，构造第二拉格朗日函数；
其中，非授权频谱资源分配模型为：
和分别表示各个LTE和各个WiFi用户占用非授权频谱的时间因子，ts表示非授权频谱可被占用的总时间因子；
构造的第二拉格朗日函数为：
根据求取最优解的KKT条件，得到LTE和WiFi用户占用非授权频谱的时间因子的表达式：
由于非授权频谱采用LBT的信道接入技术，非授权频谱的传输速率通过其瞬时传输速率和用户占用非授权频谱的时间因子相乘获取，因此根据所述LTE和WiFi用户占用非授权频谱的时间因子的表达式，以及LTE SBS和WiFi AP在非授权频谱上的瞬时传输速率RU和RW得到所述第二公式。
与所述第一公式满足最大用户总效用的原理类似，由于所述第二公式通过满足所述KKT条件的时间因子的表达式得到，因此利用所述第二公式分配非授权频谱资源时，也保证了每个用户的满意度是相同的，得到的分配方案是满足了最大用户总效用的。
可选的，所述步骤S2050，包括：
根据所述各个LTE用户和WiFi用户的信道质量因子及所述第二公式，获取所述各个LTE用户及各个WiFi用户的最优非授权频谱传输速率，将非授权频谱资源与所述各个LTE用户及各个WiFi用户的最优非授权频谱传输速率一一对应，逐一分配给各个LTE用户及各个WiFi用户。
在具体实施过程中，本发明的各实施方案可以单独实施，也可以组合实施；本领域技术人员可以根据实际情况确定，在这里不作限定。
相应于上述的方法实施例，本发明实施例还提供了一种多用户多业务的授权和非授权频谱的联合分配装置，参见图4，图4为本发明实施例的多用户多业务的授权和非授权频谱的联合分配装置的结构示意图，该装置可以包括：
用户获取单元401，用于获取请求接入***的多个LTE用户及多个WiFi用户，其中LTE用户包括LTE QoS用户和LTE BE用户；
信道质量获取单元402，用于获取所述各个LTE QoS用户的当前信道质量；
第一LTE QoS用户确定单元403，用于根据当前可分配的授权频道的传输速率及所述各个LTE QoS用户的当前信道质量，从所述各个LTE QoS用户中选择满足最小传输速率需求的所有第一LTE QoS用户；所述第一LTE QoS用户为可分配授权频谱资源的LTE QoS用户；
授权频谱资源分配单元404，用于利用预先根据最大化用户总效用原则确定的授权频谱资源分配算法，为所述各个第一LTEQoS用户及各个LTE BE用户分配授权频谱资源；
非授权频谱资源分配单元405，用于利用预先根据最大化用户总效用原则确定的非授权频谱资源分配算法，为所述各个LTE用户及各个WiFi用户分配非授权频谱资源。
对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。本发明的各实施例可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可理解并实施。
本发明实施例还提供了一种电子设备，如图5所示，包括处理器501、通信接口502、存储器503和通信总线504，其中，处理器501，通信接口502，存储器通503过通信总线504完成相互间的通信；
所述存储器503，用于存放计算机程序；
所述处理器501，用于执行所述存储器503上所存放的计算机程序时，实现以下步骤：
获得请求接入***的多个LTE用户及多个WiFi用户，其中LTE用户包括LTE QoS用户和LTE BE用户；
获得所述各个LTE QoS用户的当前信道质量；
根据当前可分配的授权频道的传输速率及所述各个LTE QoS用户的当前信道质量，从所述各个LTE QoS用户中选择满足最小传输速率需求的所有第一LTE QoS用户；所述第一LTE QoS用户为可分配授权频谱资源的LTE QoS用户；
利用预先根据最大化用户总效用原则确定的授权频谱资源分配算法，为所述各个第一LTE QoS用户及各个LTE BE用户分配授权频谱资源；
利用预先根据最大化用户总效用原则确定的非授权频谱资源分配算法，为所述各个LTE用户及各个WiFi用户分配非授权频谱资源。
当然所述处理器501在运行所述存储器503上存放的程序时还能执行上述任意一种多用户多业务的授权和非授权频谱的联合分配的方法。
上述电子设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect，PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，EISA)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。
存储器可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
在本实施例中，根据不同业务的传输速率需求差异，不同用户的信道质量差异，以及授权频谱和非授权频谱自身的质量差异，采用两步速率分配法，先对可分配授权频谱的LTE用户进行授权频谱资源的分配，其次，在授权频谱分配的基础上，进一步将非授权频谱分配给所有的LTE和WiFi用户，实现了在授权和非授权载波聚合时，对多用户多业务的授权和非授权频谱合理地进行联合分配，提升了异构网络***的总效用。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于***实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种多用户多业务的授权和非授权频谱的联合分配方法，用于LTE和WiFi异构网络***，其特征在于，所述方法包括：
获得请求接入***的多个LTE用户及多个WiFi用户，其中LTE用户包括LTE QoS用户和LTE BE用户；
获得所述各个LTE QoS用户的当前信道质量；
根据当前可分配的授权频道的传输速率及所述各个LTE QoS用户的当前信道质量，从所述各个LTE QoS用户中选择满足最小传输速率需求的所有第一LTE QoS用户；所述第一LTE QoS用户为可分配授权频谱资源的LTE QoS用户；
利用预先根据最大化用户总效用原则确定的授权频谱资源分配算法，为所述各个第一LTE QoS用户及各个LTE BE用户分配授权频谱资源；
利用预先根据最大化用户总效用原则确定的非授权频谱资源分配算法，为所述各个LTE用户及各个WiFi用户分配非授权频谱资源。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述获得所述各个LTE QoS用户的当前信道质量的步骤，包括：获得各个LTE QoS用户的当前信道质量因子；
所述根据当前可分配的授权频道的传输速率及所述各个LTE QoS用户的当前信道质量，从所述各个LTE QoS用户中选择满足最小传输速率需求的所有第一LTE QoS用户的步骤，包括：
将所述各个LTE QoS用户按信道质量因子递减排序；
从信道质量因子最大的LTE QoS用户开始，执行如下步骤：
判断是否成立，
其中为所述当前可分配的授权频道的传输速率，其初始值为当前可分配的授权频谱的最大数据传输速率RL，
为各个LTE QoS用户的当前信道质量因子，其初始值为信道质量因子最大的LTEQoS用户的当前信道质量因子，
r0为QoS用户需求的最小数据传输速率，
所述LTE QoS用户的队列为
如果成立，则将与所述对应的LTE QoS用户存入用于保存第一LTE QoS用户的队列中，同时令返回所述判断是否成立的步骤，直至不满足所述判断条件。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用预先根据最大化用户总效用原则确定的授权频谱资源分配算法，为所述各个第一LTE QoS用户及各个LTE BE用户分配授权频谱资源的步骤，包括：
利用第一公式，为所述各个第一LTE QoS用户及各个LTE BE用户分配授权频谱资源；
所述第一公式为：
其中，第一拉格朗日乘子λ需满足条件：
为各个LTE用户的最优授权频谱传输速率，包括表示的所述各个第一LTE QoS用户的最优授权频谱传输速率，表示的除所述第一LTE QoS用户外的其余LTE QoS用户的最优授权频谱传输速率，表示的所述各个LTE BE用户的最优授权频谱传输速率，LTE用户的队列为LTE BE用户的队列为 为LTE BE用户对传输速率的需求程度，rmax表示BE用户需求的最大传输速率，C为用户对r0的需求程度，为第一LTE QoS用户的当前信道质量因子，为LTE BE用户的当前信道质量因子。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预先根据最大化用户总效用原则确定授权频谱资源分配算法，包括：
根据最大用户总效用确定授权频谱资源分配模型；
根据授权频谱资源分配模型、QoS用户效用函数、BE用户效用函数，构造第一拉格朗日函数；
其中，所述授权频谱资源分配模型为：
所述QoS用户效用函数为，C为用户对r0的需求程度，为所述各个LTE QoS用户的授权频谱传输速率；
所述BE用户效用函数为，k为用户对传输速率的需求程度，rmax表示BE用户需求的最大传输速率，为所述各个LTE BE用户的授权频谱传输速率，为BE用户对传输速率的需求程度；
构造的第一拉格朗日函数为：
RL为当前可分配的授权频谱的最大数据传输速率；
根据求取最优解的KKT条件，所述第一拉格朗日函数的偏导函数应满足条件：
根据所述第一拉格朗日函数的偏导函数应满足的等式，得到所述第一公式。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述利用第一公式，为所述各个第一LTEQoS用户及各个LTE BE用户分配授权频谱资源的步骤，包括：
根据所述各个第一LTE QoS用户的信道质量因子及所述第一公式，获取所述各个第一LTE QoS用户的最优授权频谱传输速率，将授权频谱资源与所述各个第一LTE QoS用户的最优授权频谱传输速率一一对应，逐一分配给所述各个第一LTE QoS用户；
根据所述各个LTE BE用户的信道质量因子及所述第一公式，获取所述各个LTE BE用户的最优授权频谱传输速率，将余下的授权频谱资源与所述各个LTE BE用户的最优授权频谱传输速率一一对应，逐一分配给所述各个LTE BE用户。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用预先根据最大化用户总效用原则确定的非授权频谱资源分配算法，为所述各个LTE用户及各个WiFi用户分配非授权频谱资源的步骤，包括：
利用第二公式，为所述各个LTE用户及各个WiFi用户分配非授权频谱资源：
所述第二公式包括：
其中，β为第二拉格朗日乘子，需满足条件：
为所述各个LTE用户的最优非授权频谱传输速率，包括表示的LTE QoS用户的最优非授权频谱传输速率，表示的各个LTE BE用户的最优非授权频谱传输速率，表示所述各个LTE BE用户的最优授权频谱传输速率，为LTE用户的队列，C为用户对r0的需求程度，
rW,j为所述各个WiFi用户的最优非授权频谱传输速率，包括表示的WiFi QoS用户的最优非授权频谱传输速率，表示的各个WiFi BE用户的最优非授权频谱传输速率，为LTE BE用户对传输速率的需求程度，为WiFiBE用户对传输速率的需求程度，rmax表示BE用户需求的最大传输速率，为WiFi QoS用户的当前信道质量因子，为LTE BE用户的当前信道质量因子，为WiFiBE用户的当前信道质量因子，
WiFi用户的队列为WiFi QoS用户的队列为WiFiBE用户的队列为RU和RW分别表示LTE SBS和WiFi AP在非授权频谱上的瞬时传输速率。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预先根据最大化用户总效用原则确定非授权频谱资源分配算法，包括：
根据最大化用户总效用确定非授权频谱资源分配模型，构造第二拉格朗日函数；
其中，非授权频谱资源分配模型为：
和分别表示各个LTE和各个WiFi用户占用非授权频谱的时间因子，ts表示非授权频谱可被占用的总时间因子；为各个LTE用户的最优授权频谱传输速率，为各个LTEQoS用户的最优授权频谱传输速率，为WiFi QoS用户占用非授权频谱的时间因子；
构造的第二拉格朗日函数为：
其中，tl,i为LTE用户占用非授权频谱的时间因子，tw,j为WiFi用户占用非授权频谱的时间因子，为WiFi用户的当前信道质量因子；
根据求取最优解的KKT条件，得到LTE和WiFi用户占用非授权频谱的时间因子的表达式：
根据所述LTE和WiFi用户占用非授权频谱的时间因子的表达式，以及LTE SBS和WiFiAP在非授权频谱上的瞬时传输速率RU和RW，得到所述第二公式。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述利用第二公式，为所述各个LTE用户及各个WiFi用户非分配授权频谱资源的步骤，包括：
根据所述各个LTE用户和WiFi用户的信道质量因子及所述第二公式，获取所述各个LTE用户及各个WiFi用户的最优非授权频谱传输速率，将非授权频谱资源与所述各个LTE用户及各个WiFi用户的最优非授权频谱传输速率一一对应，逐一分配给各个LTE用户及各个WiFi用户。
9.一种多用户多业务的授权和非授权频谱的联合分配装置，其特征在于，包括：
用户获取单元，用于获取请求接入***的多个LTE用户及多个WiFi用户，其中LTE用户包括LTE QoS用户和LTE BE用户；
信道质量获取单元，用于获取所述各个LTE QoS用户的当前信道质量；
第一LTE QoS用户确定单元，用于根据当前可分配的授权频道的传输速率及所述各个LTE QoS用户的当前信道质量，从所述各个LTE QoS用户中选择满足最小传输速率需求的所有第一LTE QoS用户；所述第一LTE QoS用户为可分配授权频谱资源的LTE QoS用户；
授权频谱资源分配单元，用于利用预先根据最大化用户总效用原则确定的授权频谱资源分配算法，为所述各个第一LTEQoS用户及各个LTE BE用户分配授权频谱资源；
非授权频谱资源分配单元，用于利用预先根据最大化用户总效用原则确定的非授权频谱资源分配算法，为所述各个LTE用户及各个WiFi用户分配非授权频谱资源。
10.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
所述存储器，用于存放计算机程序；
所述处理器，用于执行所述存储器上所存放的计算机程序时，实现权利要求1-8任一所述的方法步骤。
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