專利名稱：一種ofdma中繼系統的資源分配方法
技術領域：
本發明涉及一種通信系統的資源分配方法,尤其是涉及一種OFDMA(OrthogonalFrequency Division Multiple Access,正交頻分多址接入)中繼系統的資源分配方法。
背景技術：
OFDMA 是基于 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex,正交頻分復用)調制方式的一種無線接入方式，它具有傳輸速率高、資源分配靈活、能同時支持多個用戶等特點，被認為是下一代寬帶無線接入方式的關鍵技術，已經應用于IEEE802. 16d/e等標準中。OFDMA系統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現多址。
含有中繼的OFDMA系統的資源分配問題是一種子載波分配、功率分配、比特分配、自適應調制和中繼選擇的聯合優化問題，這是一個NP問題(多項式復雜程度的非確定性問題)。傳統的解決方法是為各個用戶分配固定的子載波和中繼，然后根據子載波和中繼的分配方案進行功率分配、比特分配和自適應調制，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無線通信環境的變化，如障礙物的影響、環境溫度的變化等情況，從而導致部分用戶通信不暢，系統資源利用率低。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種保證各用戶獲得的速率滿足不同的業務需求、有效避免遠近效應，且資源利用率高的OFDMA中繼系統的資源分配方法。本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為一種OFDMA中繼系統的資源分配方法，包括以下具體處理步驟(I)獲得OFDMA中繼系統的每個用戶的可分配的子載波數和初始未被分配的子載波數根據比例速率約束 iV:盡'..Am1=:~1+1OFDMA中繼系統的中繼用戶通過中繼從基站獲得子載波需要兩個時隙和OFDMA中繼系統的子載
e
N'= M1~hi~N
+2 X Oj ,
波總數N，求得每個用戶的可分配的子載波數為^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^^ -^疋…其中為為OFDMA中繼系統的直傳用戶總數，M為OFDMA中
W=I
繼系統的用戶總數，R/為第m，me [1，M]個用戶的業務需要的傳輸速率，QmSRn/對應的比值，i G [I, M1], N/為第i個直傳用戶的可分配的子載波數，j G [Mi+LM]^/為第j個中繼用戶的可分配的子載波數，‘ L」’為取下整；(2)將子載波及其相應的中繼分配給各個用戶(a)先給每個直傳用戶分配一個最優子載波；第i個直傳用戶獲得的最優子載波為<，<=&111^&// ，《’第i個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()為取參數函數,max()為取最大值函數，Q1^OFDMA中
繼系統中的所有的子載波集合，Hs,i,n為第i個直傳用戶通過直傳鏈路S-i從基站S獲得的第n個子載波上的信道增益，B為OFDMA中繼系統可用帶寬，p為OFDMA中繼系統分給每個
子載波上的平均功率，P = I，Pt為OFDMA中繼系統的總發送功率；(b)接著給每個中繼用戶分配一個最優子載波和傳輸該最優子載波的相應中 繼；第j個中繼用戶獲得的最優子載波和傳輸該最優子載波的相應中繼對為(<，P)，
hZ 〃第j個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中繼系統中的所有中繼的集合，H^uj n
為第j個中繼用戶經過接入鏈路k-j從中繼k獲得第n個子載波的等效接收信噪
比，HZn根據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通過中繼鏈路s-k從基站S獲得的第n個子載波
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個中繼用戶通過接入鏈路k-j從中繼k獲得的第n個子載波上的功率，H1^n為中繼用戶j通過接入鏈路k-j從中繼k獲得的第n個子載波上的信道增益；(C)然后給每個用戶分配足可分配的子載波數；具體為根據條件
[LM]個用戶分配子載波及其相應的中繼，若第m，me [I,M]個用戶為直傳用戶，則給該直傳用戶分配一個最優子載波rC，"7: =aiIgaxAm^用戶m的傳輸速率為I+;若第m，m G [I, M]個用戶為中繼用
戶，則給該中繼用戶分配一個最優子載波和傳輸該最優子載波的相應中繼對(<3*’)，(O用戶m的傳輸速率為& =1 +長—smwJ ;其中，
為OFDMA中繼系統中的所有用戶的集合，minO為取最小值函數，Rm, m G [1，M]為第m個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用戶Ar=aiI^naxi7 ，》’’一個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"的相應中繼k*分配給中繼用戶中的最優用戶(r,J*) = ^Q81S 一個中繼用戶只能獲取一次分配，直到分配結束；其中，D為
KK4\
OFDMA中繼系統中的所有直傳用戶的集合，qM2為OFDMA中繼系統中的所有中繼用戶的集合；(3)根據步驟(2)中各個直傳用戶實際獲得的子載波、實際通過各個中繼傳輸的子載波和OFDMA中繼系統的總發送功率PT核定的條件，利用拉格朗日乘數法，獲得每個子
'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'個直傳用戶接實際獲到的子載波數，Nm, , m/ G [M1+!, M^K]為
H -H
實際通過第m' -M個中繼傳輸的子載波數，％,= 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，與現有技術相比，本發明的優點在于(I)在子載波分配時加入了各用戶業務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務需求；(2)根據速率最大化要求，計算得到接入鏈路的等效接收信噪比，中繼用戶根據最大的等效接收信噪比來選擇子載波和傳輸該子載波的中繼，有效避免遠近效應；(3)根據子載波的實際分配情況和OFDMA中繼系統的總發送功率PT核定的條件，利用拉格朗日算法獲得功率分配的表達式，降低了算法的計算復雜度、提高了計算速度，并提高了系統資源利用率。


圖I為一個多中繼的單蜂窩通信系統；圖2為本發明的系統容量隨用戶數變化的關系圖；圖3為本發明的128子載波條件下，各用戶歸一化速率的關系圖；圖4為本發明的1000子載波條件下，各用戶歸一化速率的關系圖；圖5為本發明的子載波分配與中繼選擇的流程圖。
具體實施例方式以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。如圖所示一種OFDMA中繼系統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中繼系統的每個用戶設置一個可分配的子載波數根據比例速率約束 A'4':...: /:=:~1+1OFDMA 中繼系統的中繼用戶通過中繼從基站獲得信息需要兩個時隙和OFDMA中繼系統的子載波總數N，求得每個用戶的可分配的子載波數為
權利要求
1.一種OFDMA中繼系統的資源分配方法，其特征在于包括以下具體處理步驟 (1)獲得OFDMA中繼系統的每個用戶的可分配的子載波數和初始未被分配的子載波數通據比例速率約束巧’:^’:…:^^’:^^:…:^^’ = ^..:6^ :~1+1OFDMA 中繼系統的中繼用戶通過中繼從基站獲得子載波需要兩個時隙和OFDMA中繼系統的子載波
全文摘要
本發明公開了一種OFDMA中繼系統的資源分配方法，包括以下處理步驟(1)計算得到每個用戶可分配的子載波數以及初始未被分配的子載波數；(2)把子載波和相應的中繼分配給每個用戶；首先給每個用戶分配足可分配的子載波數，然后將初始未被分配的子載波數進行分配；(3)根據步驟(2)中各個直傳用戶分配到的子載波、經過各個中繼傳輸的子載波和總發送功率核定的條件下，利用拉格朗日乘數法，得到每個子載波上分配到的功率值；這種方法滿足了各個用戶的速率要求，避免了無線通信中的遠近效應，能很好的適應無線通信環境的快速變化，降低了計算的復雜度，同時有效的提高了系統資源利用率。
文檔編號H04W72/04GK102781101SQ20121000289
公開日2012年11月14日 申請日期2012年1月6日 優先權日2012年1月6日
發明者俞建定, 呂艷娟, 李有明, 趙杰, 金明 申請人:寧波大學