專利名稱：一種ofdma中繼系統(tǒng)的資源分配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通信系統(tǒng)的資源分配方法,尤其是涉及一種OFDMA(OrthogonalFrequency Division Multiple Access,正交頻分多址接入)中繼系統(tǒng)的資源分配方法。
背景技術(shù)：
OFDMA 是基于 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex,正交頻分復(fù)用)調(diào)制方式的一種無(wú)線接入方式，它具有傳輸速率高、資源分配靈活、能同時(shí)支持多個(gè)用戶等特點(diǎn)，被認(rèn)為是下一代寬帶無(wú)線接入方式的關(guān)鍵技術(shù)，已經(jīng)應(yīng)用于IEEE802. 16d/e等標(biāo)準(zhǔn)中。OFDMA系統(tǒng)將傳輸寬帶劃分成正交的互不重疊的一系列子載波集，將不同的子載波集分配給不同的用戶實(shí)現(xiàn)多址。
含有中繼的OFDMA系統(tǒng)的資源分配問(wèn)題是一種子載波分配、功率分配、比特分配、自適應(yīng)調(diào)制和中繼選擇的聯(lián)合優(yōu)化問(wèn)題，這是一個(gè)NP問(wèn)題(多項(xiàng)式復(fù)雜程度的非確定性問(wèn)題)。傳統(tǒng)的解決方法是為各個(gè)用戶分配固定的子載波和中繼，然后根據(jù)子載波和中繼的分配方案進(jìn)行功率分配、比特分配和自適應(yīng)調(diào)制，由于該解決方法分配的子載波和中繼是固定的，所以不能很好的適應(yīng)無(wú)線通信環(huán)境的變化，如障礙物的影響、環(huán)境溫度的變化等情況，從而導(dǎo)致部分用戶通信不暢，系統(tǒng)資源利用率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種保證各用戶獲得的速率滿足不同的業(yè)務(wù)需求、有效避免遠(yuǎn)近效應(yīng)，且資源利用率高的OFDMA中繼系統(tǒng)的資源分配方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為一種OFDMA中繼系統(tǒng)的資源分配方法，包括以下具體處理步驟(I)獲得OFDMA中繼系統(tǒng)的每個(gè)用戶的可分配的子載波數(shù)和初始未被分配的子載波數(shù)根據(jù)比例速率約束 iV:盡'..Am1=:~1+1OFDMA中繼系統(tǒng)的中繼用戶通過(guò)中繼從基站獲得子載波需要兩個(gè)時(shí)隙和OFDMA中繼系統(tǒng)的子載
e
N'= M1~hi~N
+2 X Oj ,
波總數(shù)N，求得每個(gè)用戶的可分配的子載波數(shù)為^Ml+1 P以及初始未被分
W1
N/= M1——^~N
+2 X Oj
L Z=IJ=M1+!_
配的子載波數(shù)^^ -^疋…其中為為OFDMA中繼系統(tǒng)的直傳用戶總數(shù)，M為OFDMA中
W=I
繼系統(tǒng)的用戶總數(shù)，R/為第m，me [1，M]個(gè)用戶的業(yè)務(wù)需要的傳輸速率，QmSRn/對(duì)應(yīng)的比值，i G [I, M1], N/為第i個(gè)直傳用戶的可分配的子載波數(shù)，j G [Mi+LM]^/為第j個(gè)中繼用戶的可分配的子載波數(shù)，‘ L」’為取下整；(2)將子載波及其相應(yīng)的中繼分配給各個(gè)用戶(a)先給每個(gè)直傳用戶分配一個(gè)最優(yōu)子載波；第i個(gè)直傳用戶獲得的最優(yōu)子載波為<，<=&111^&// ，《’第i個(gè)直傳用戶按平均功率法獲得的理論傳輸速率為民，
A Iog2+)，其中，arg()為取參數(shù)函數(shù),max()為取最大值函數(shù)，Q1^OFDMA中
繼系統(tǒng)中的所有的子載波集合，Hs,i,n為第i個(gè)直傳用戶通過(guò)直傳鏈路S-i從基站S獲得的第n個(gè)子載波上的信道增益，B為OFDMA中繼系統(tǒng)可用帶寬，p為OFDMA中繼系統(tǒng)分給每個(gè)
子載波上的平均功率，P = I，Pt為OFDMA中繼系統(tǒng)的總發(fā)送功率；(b)接著給每個(gè)中繼用戶分配一個(gè)最優(yōu)子載波和傳輸該最優(yōu)子載波的相應(yīng)中 繼；第j個(gè)中繼用戶獲得的最優(yōu)子載波和傳輸該最優(yōu)子載波的相應(yīng)中繼對(duì)為(<，P)，
hZ 〃第j個(gè)中繼用戶按平均功率法獲得的 i侖傳輸速率為Rj，
Rj = (I + P^sMi+k*,^-)，其中，Q R為OFDMA中繼系統(tǒng)中的所有中繼的集合，H^uj n
為第j個(gè)中繼用戶經(jīng)過(guò)接入鏈路k-j從中繼k獲得第n個(gè)子載波的等效接收信噪
比，HZn根據(jù)用戶速率最大化要求需要滿足的條件PSM1代nH SM一 = Pk,j,nH^n獲得，
HH
HtqIn =廣+y ，v 為中繼k通過(guò)中繼鏈路s-k從基站S獲得的第n個(gè)子載波
S,Ml+k,n kj,n P S ,M '+k ,n
上的功率，&，M1+it，《為中繼k通過(guò)中繼鏈路s-k從基站S獲取的子載波n上的信道增益，Pk,j,n為第j個(gè)中繼用戶通過(guò)接入鏈路k-j從中繼k獲得的第n個(gè)子載波上的功率，H1^n為中繼用戶j通過(guò)接入鏈路k-j從中繼k獲得的第n個(gè)子載波上的信道增益；(C)然后給每個(gè)用戶分配足可分配的子載波數(shù)；具體為根據(jù)條件
[LM]個(gè)用戶分配子載波及其相應(yīng)的中繼，若第m，me [I,M]個(gè)用戶為直傳用戶，則給該直傳用戶分配一個(gè)最優(yōu)子載波rC，"7: =aiIgaxAm^用戶m的傳輸速率為I+;若第m，m G [I, M]個(gè)用戶為中繼用
戶，則給該中繼用戶分配一個(gè)最優(yōu)子載波和傳輸該最優(yōu)子載波的相應(yīng)中繼對(duì)(<3*’)，(O用戶m的傳輸速率為& =1 +長(zhǎng)—smwJ ;其中，
為OFDMA中繼系統(tǒng)中的所有用戶的集合，minO為取最小值函數(shù)，Rm, m G [1，M]為第m個(gè)用戶按平均功率法獲得的理論傳輸速率；(d)再接著將初始未被分配的子載波進(jìn)行分配；將初始未被分配的子載波n'
分配給直傳用戶中的最優(yōu)用戶Ar=aiI^naxi7 ，》’’一個(gè)直傳用戶只能獲取一次分配，
如果初始未被分配的子載波分配完畢，則子載波分配結(jié)束；否則將剩余的初始未被分配的子載波n"及傳輸子載波n"的相應(yīng)中繼k*分配給中繼用戶中的最優(yōu)用戶(r,J*) = ^Q81S 一個(gè)中繼用戶只能獲取一次分配，直到分配結(jié)束；其中，D為
KK4\
OFDMA中繼系統(tǒng)中的所有直傳用戶的集合，qM2為OFDMA中繼系統(tǒng)中的所有中繼用戶的集合；(3)根據(jù)步驟(2)中各個(gè)直傳用戶實(shí)際獲得的子載波、實(shí)際通過(guò)各個(gè)中繼傳輸?shù)淖虞d波和OFDMA中繼系統(tǒng)的總發(fā)送功率PT核定的條件，利用拉格朗日乘數(shù)法，獲得每個(gè)子
'M'+KM1+K
Ps^= (Pt- I (Nm'bm'+Vm'W X Nm,am,
載波上的功率分配值為m'=l H _ r7'=l ,m' G [1，MAK];其中，
v =a v +b + s’m> w’1
ys,m\n —丁 "m' 丁 tttt
、12 S’m'n12
Nm, ,m/ G [I, Ml]為第m'個(gè)直傳用戶接實(shí)際獲到的子載波數(shù)，Nm, , m/ G [M1+!, M^K]為
H -H
實(shí)際通過(guò)第m' -M個(gè)中繼傳輸?shù)淖虞d波數(shù)，％,= V Iog2U,= E um',n H S,m'1，
nE.Dm'n&Dm’ S,m\n S,m\\
jvH, h _ am' I
—0m' ~ ZJZJ°
am' =2，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于(I)在子載波分配時(shí)加入了各用戶業(yè)務(wù)的比例速率約束條件，保證了分配給用戶的子載波集滿足該用戶的業(yè)務(wù)需求；(2)根據(jù)速率最大化要求，計(jì)算得到接入鏈路的等效接收信噪比，中繼用戶根據(jù)最大的等效接收信噪比來(lái)選擇子載波和傳輸該子載波的中繼，有效避免遠(yuǎn)近效應(yīng)；(3)根據(jù)子載波的實(shí)際分配情況和OFDMA中繼系統(tǒng)的總發(fā)送功率PT核定的條件，利用拉格朗日算法獲得功率分配的表達(dá)式，降低了算法的計(jì)算復(fù)雜度、提高了計(jì)算速度，并提高了系統(tǒng)資源利用率。


圖I為一個(gè)多中繼的單蜂窩通信系統(tǒng)；圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)容量隨用戶數(shù)變化的關(guān)系圖；圖3為本發(fā)明的128子載波條件下，各用戶歸一化速率的關(guān)系圖；圖4為本發(fā)明的1000子載波條件下，各用戶歸一化速率的關(guān)系圖；圖5為本發(fā)明的子載波分配與中繼選擇的流程圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。如圖所示一種OFDMA中繼系統(tǒng)中基于速率成比例約束的資源分配方法，包括以下處理步驟(I)首先給OFDMA中繼系統(tǒng)的每個(gè)用戶設(shè)置一個(gè)可分配的子載波數(shù)根據(jù)比例速率約束 A'4':...: /:=:~1+1OFDMA 中繼系統(tǒng)的中繼用戶通過(guò)中繼從基站獲得信息需要兩個(gè)時(shí)隙和OFDMA中繼系統(tǒng)的子載波總數(shù)N，求得每個(gè)用戶的可分配的子載波數(shù)為
權(quán)利要求
1.一種OFDMA中繼系統(tǒng)的資源分配方法，其特征在于包括以下具體處理步驟 (1)獲得OFDMA中繼系統(tǒng)的每個(gè)用戶的可分配的子載波數(shù)和初始未被分配的子載波數(shù)通據(jù)比例速率約束巧’:^’:…:^^’:^^:…:^^’ = ^..:6^ :~1+1OFDMA 中繼系統(tǒng)的中繼用戶通過(guò)中繼從基站獲得子載波需要兩個(gè)時(shí)隙和OFDMA中繼系統(tǒng)的子載波
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種OFDMA中繼系統(tǒng)的資源分配方法，包括以下處理步驟(1)計(jì)算得到每個(gè)用戶可分配的子載波數(shù)以及初始未被分配的子載波數(shù)；(2)把子載波和相應(yīng)的中繼分配給每個(gè)用戶；首先給每個(gè)用戶分配足可分配的子載波數(shù)，然后將初始未被分配的子載波數(shù)進(jìn)行分配；(3)根據(jù)步驟(2)中各個(gè)直傳用戶分配到的子載波、經(jīng)過(guò)各個(gè)中繼傳輸?shù)淖虞d波和總發(fā)送功率核定的條件下，利用拉格朗日乘數(shù)法，得到每個(gè)子載波上分配到的功率值；這種方法滿足了各個(gè)用戶的速率要求，避免了無(wú)線通信中的遠(yuǎn)近效應(yīng)，能很好的適應(yīng)無(wú)線通信環(huán)境的快速變化，降低了計(jì)算的復(fù)雜度，同時(shí)有效的提高了系統(tǒng)資源利用率。
文檔編號(hào)H04W72/04GK102781101SQ20121000289
公開(kāi)日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月6日
發(fā)明者俞建定, 呂艷娟, 李有明, 趙杰, 金明 申請(qǐng)人:寧波大學(xué)