基於802.16m的OFDMA系統的上行資源分配與調度方法

2023-07-28 07:45:16 2

專利名稱：基於802.16m的OFDMA系統的上行資源分配與調度方法
技術領域：
本發明屬於無線通信中的無線資源管理領域，涉及一種基於IEEE 802. 16m的 OFDMA系統的上行資源分配與調度方法。
背景技術：
為了滿足人們對傳輸速率日益增長的需求和高速移動性的要求，IEEE802. 16委員 會設立了 802. 16m項目，802. 16m的下行數據傳輸速度可達到lGbps，其在高速移動狀態下 也可保持在IOOMbps左右。如此高速率得益於其物理層採用的一些先進技術，其中包括正 交頻分多址接入(OrthogonalFrequency Division Multiple Access,0FDMA)技術。OFDMA 是 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復用)技術的演進,是 一種利用OFDM對信道進行子載波化後，在部分子載波上加載傳輸數據的傳輸技術。OFDMA 能對抗無線傳輸環境中的頻率選擇性衰落，獲得很高的頻譜利用率，非常適用於無線寬帶 信道下的高速傳輸。在OFDMA技術中，每個用戶可以選擇信道條件較好的子信道進行數據 傳輸，由於用戶間信道衰落的獨立性，從而保證了各個子載波都被對應信道條件較優的用 戶使用，獲得了頻率上的多用戶分集增益，從而能夠更好地滿足用戶的服務質量(QoS)。將OFDMA技術和動態資源分配技術結合可以顯著地提升系統性能。目前，人們已經 提出了許多OFDMA系統的資源分配方案，但是很多方案都只考慮了多用戶場景下的資源分 配情況，並沒有涉及到多業務的情況。802. 16m是基於連接的，而每個連接又與一個單獨的 業務流相關聯，每一個業務流與一系列的QoS參數相關聯，這些QoS參數確定了業務流的特 性。802. 16m中定義了 5種調度業務=UGS (Unsolicited Grant Service，非請求授權業務)、 RtPS(Real-time Polling Service, $ W^lk# ) > ErtPS(Extend-real-timePolling Service，擴展實時輪詢業務)、NrtPS (Non-real-time PollingService,非實時輪詢業務) 和BE (Best Effort，盡力而為的業務)。目前，許多基於802. 16的OFDMA系統的資源分配方案都是針對下行傳輸的， 在下行資源分配中，基站根據各業務的QoS需求統一為每個業務分配下行資源。而 在上行資源分配過程中，用戶需要先向基站發送帶寬請求，基站再根據用戶的請求 在上行子幀中為用戶分配相應的資源。IEEE 802. 16m中定義了兩種帶寬分配模式 GPC (Grant-Per-Connection)和GPSS (Grant-Per-SS)，前者是基站單獨地為每個業務進行 帶寬分配，不管這些業務是否屬於同一個用戶。而後者則是由基站將資源分配給每個用戶， 再由每個用戶來為其所承載的各個業務分配帶寬。因為在GPSS模式下，基站無需追蹤所有 的具體業務，而是由用戶在其承載的業務中進行資源的調度，因此具有更大的靈活性和更 高的效率。在IEEE 802. 16m中，OFDMA物理層的一個時隙(slot)由時間(0FDMA符號)和頻 率(子信道)兩個因素決定，一個時隙是最小的數據分配單位。一個時隙佔據一個子信道， 而所佔OFDMA符號的多少和子載波的排列方式以及上下行方向有關。一個子信道由多個子 載波構成，根據構成子信道的子載波相鄰與否，802. 16m定義了兩種子載波排列方式(1)分布子載波排列(DistributedSubcarrier Permutation)即隨機分布的多個子載波構成 一個子信道；(2)相鄰子載波排列(Adjacent Subcarrier Permutation)彼此相鄰的多個 子載波構成一個子信道。

發明內容
本發明的目的是針對現有技術的不足，提供了一種基於802. 16m的OFDMA系統的 上行資源分配與調度方法。該方法是在基於IEEE 802. 16m的OFDMA系統中對上行資源進 行合理分配和優化調度，即基站為每個用戶分配最合適的上行時隙，以最大限度的利用無 線信道容量，達到系統總吞吐量的最大化的同時保證業務的QoS需求，並滿足每個用戶的 發射功率約束。本發明包括基站對用戶的時隙分配，以最大化系統的總吞吐量；用戶對業務的時 隙調度，以滿足業務的QoS需求。本發明的具體步驟為步驟(1)、基站對用戶的時隙分配。基站需要根據用戶的帶寬請求信息來確定時隙 分配過程中各個用戶的優先級。基站按照用戶的優先順序，並根據用戶的信噪比為每個用 戶分配相應的時隙、確定在該時隙內的調製方式並分配相應的功率。這裡的信噪比存在兩 種情況，情況一、信噪比在一個上行子幀內保持不變；情況二、信噪比在一個上行時隙內保 持不變。具體的方法為a、初始化系統參數。系統中有K個用戶、N個子信道和T個OFDMA符號，每個子信 道包含q個子載波數，上行子幀中的任意一個時隙為具有M個OFDMA符號的一個子信道，則 一個上行子幀具有NXL個時隙，其中L = T/M。用IUml表示時隙(n，l)是否分配給用戶 k，當nk.u= 1時表示時隙(n，1)分配給了用戶k，而IUn = O時表示時隙(n，1)沒有 分配給用戶 k，初始化 IikA1 = 0，k = 1，2，…，K，n=l，2，…，N，l = l，2，…，L。用 U 表示未滿足需求的用戶集合，初始化U= {1，2，…，K}。用C表示時隙未被全部佔用的子信 道集合，初始化C= {1,2,…，N}。用NL表示未被分配的時隙集合，初始化NL= {(1,1), (1,2),…，(1，L)，(2，1)，(2，2)，…(2，L)，…，(N，1)，(N，2)，…(N，L)}。b、確定用戶的優先級。一個用戶往往承載多種具有不同QoS的業務流，因此用戶 的優先級需要根據其所承載的業務流在當前上行子幀內所要傳輸的最小比特數來決定。用 外,表示用戶k的業務s在當前上行子幀內需要傳輸的最小比特數，根據5種業務流的不同 QoS需求，它們在當前上行子幀內需要傳輸的最小比特數各不相同B.對於UGS來說，朽觀，其中Dk,ugs表示UGS的最大可容忍的延時，Bkjllgs表示
k,ugs
用戶k在上行子幀中需要傳輸的UGS業務的比特數目。
Β、·，0 < ADk rtps < Dth rtps對於RtPS 來說，Cpk，·=「
β
_k'r,Ps AD > D
* τ-ν 5k,rtpsth,rtps
k ,rtps
其中Dk, 表示RtPS的
最大可容忍延時，"；二表示RtPS當前時刻所經歷的延時，則=Dk』rtps_D:東示完成 RtPS的發送還剩餘的時間，Dth,,tps表示預先設定的RtPS的延時門限，可設為1或者2 ；當O Dth,rtps時表明RtPS暫沒有超時的危險，所以為將資源留
6給更加迫切需要帶寬的業務，RtPS在當前上行子幀內以平均速率進行傳輸, 對於ErtPS來說，朽
數，用來表明在同等情況下，ErtPS比RtPS具有更高的優先級，其他參數的定義和RtPS中 的定義一樣。對於NrtPS來說長，其中表示NrtPS必須要達到的最小傳輸速率。對於BE業務來說，因為其沒有QoS需求，所以可認為約,te=0，但是這樣容易導致 BE業務因得不到資源而餓死，所以本發明要求％』6(；滿足 β ertDS > β rtDS > β mtDS > β be e (0，1]表示 5 種調度業務相應的系
數，根據它們的 QoS 需求，可設 = 1, ^ertps = 0.9, βΓ Β3 = 0.8，^nrtos = 0.6 以及 β 本發明根據用戶的信噪比在一個上行子幀內保持不變和在一個上行時隙內保持 不變這兩種情況分別對以下各步驟進行闡述(1)用戶的信噪比在一個上行子幀內保持不變Cl、在集合U中選擇優先級最高的用戶f =arg〒|Xh。dl、在集合C中為用戶k*選擇具有最大信道增益的子信道，其中
力表示用戶k*在子信道η上的信噪比，它在一個上行子幀內保持不變。el、為用戶k*在子信道η*內選擇自適應編碼和調製(AMC)模式，具體為初始時選 擇最高等級的AMC模式，如果在後續步驟中發現選擇的AMC模式不能滿足功率約束，則依次 將AMC模式下調一個等級。fl、從子信道η*的第一個可用時隙開始依次連續地在該子信道內為用戶k*分配時 隙，這裡所說的第一個可用時隙是子信道η*中第一個 V *=0的時隙，每選擇一個時隙(ιΛ
，並計算此時用戶的傳輸速率尺,
表示用戶k*在
時隙0Λ 1)上所加載的比特數。 gl、比較4與及廠，其中及廠=Zi^Vy S e {UGS, RtPS，ErtPS, NrtPS, BE}表示 用戶k*在當前上行子幀內所需傳輸的最小比特數，當& (Km，則跳轉至fl，當子信道η*
的所有時隙都被佔用後，民.還是小於民，，則另C = C/IV}，並跳轉至dl。當民.>R則停止對用戶k*的時隙分配，並計算用戶k*當前所需的發射功率々=iL(u「、h
/=1
其中,O表示用戶k*在時隙(ιΛ 1)中的總發射功率，它等於在該時隙中各個子載波 上的發射功率之和，因為各個子載波上的發射功率是相等的，所以&*,G=^ZV, V，其中
Pk\n
=M'
^ -(Q-\)\η(5ΒΕΚ,)σ λ
\.5h\ .
k ,η
，其中Q表示所選的AMC模式為Q-QAM， 為用戶k*的
BER.
K
平均誤比特率要求，σ 2為白高斯噪聲的方差。hi、比較&和巧1「，其中^Tx為用戶k*所允許的最大發射功率。當々S^ax，則說明 滿足用戶的功率約束，則令U = U/ {k*}，NL=NL/ {{η, 1) |義.， .，廣1}，並跳轉至cl，直到U
或者NL為空。當々>^^，則說明滿足用戶的功率約束，則跳轉至el。il、當U為空而NL或者C不為空時，說明在滿足用戶的需求後還有資源剩餘，為了 最大限度地提升系統的吞吐量，將剩餘時隙依次分配給滿足程度最低的用戶，即令用戶集
R
合U={1，2，…，!(丨，選擇廣二譁！^！！^^為用戶！^選擇子信道,=^·^,，在該子
信道內為用戶分配一個未被佔用的時隙(ιΛ 1)，並檢查是否滿足該用戶的功率約束，如果 滿足，則令1。二1，IZ=I//Ul, NL = NL/ΚΙΛ 1)}。反覆執行il，直到NL或者C為空。(2)用戶的信噪比在一個上行時隙內保持不變c2、在集合U中選擇優先級最高的用戶廠=MgI^f ^t。d2、在集合C中為用戶k*選擇最大信道增益的時隙其中
7VW表示用戶k*在時隙(n，1)上的信噪比，它在一個上行時隙內保持不變。e2、為用戶k*在時隙(ιΛ Γ)內選擇AMC模式，具體為初始時選擇最高等級的模 式，如果在後續步驟中發現選擇的AMC模式不能滿足功率約束或用戶速率需求，則依次將 AMC模式下調一個等級。
N Lf2、計算此時用戶k*的傳輸速率&·( 、* /)並與比較，計算用
ff=l I=I，，k*
戶當前所需的發射功率々./vj並與ρ，比較當及，且凡^iax時，令
=1 /=1 k* k* k* k" _ k*
7Vv/ =1，υ = U/ {k*}，NL = NL/ {(η*, Γ)}，並跳轉至 c2，直到 U 為空；當巧.> Pfax時，則跳
轉至e2。g2、令&{釗Rk 及廣或 者NL為空。h2、當U為空而NL不為空時，說明在滿足用戶的需求後還有資源剩餘，為了最大限 度地提升系統的吞吐量，將剩餘時隙依次分配給滿足程度最低的用戶，即令用戶集合U =
{1,2, -,K},選擇廠=arg mm ，為用戶選擇時隙((廣)=arg max h ,，並檢查是否
賊 Kk° ( ,；) k ,η,I
滿足該用戶的功率約束，如果滿足，則設％ ，U = U/『}，NL = NL/ {(η*, Γ)}。反覆執行h2，直到NL為空。步驟(2)、用戶對業務的時隙調度。在每個上行子幀開始階段，基站會通過上行管 理消息UL-MAP將資源分配情況發送給每個用戶，用戶需要嚴格按照基站分配給它的時隙 來進行上行傳輸，但是具體哪個時隙分配給該用戶的哪個調度業務則由該用戶的資源調度 器來進行調度，具體的調度方法如下a、初始化用戶參數。對於每個用戶k來說，其所承載的業務數為Sk，並初始化未滿 足QoS需求的業務集合為S= {1,2,…，Sk}；初始化未分配給業務的時隙集合T為基站分 配給用戶k的所有時隙；用λ、。表示時隙(η，1)是否分配給業務s，當λ"」=1時表 示時隙(η，1)分配給了業務s，而λ Uil = O時表示時隙(η，1)沒有分配給業務s，初始化
入 S，n，1 — O，S — 1，2，…，SkOb、在集合S選擇優先級最高的業務Z = arS max (Pk’s。c、在集合T中選擇採用最高等級AMC模式的時隙((O = ar§ ^fr ,《,/分配給？， 並令T = Τ/{(η% Γ)} Λ,,廣1，同時計算業務？當前的傳輸速率，當 時，令S = S/{s*}，並跳轉至b，直到S為空或者T為空。d、當S為空而T不為空時，則表明在滿足業務的QoS需求後，用戶k還有時隙剩餘， 則按照的比例將剩餘的時隙依次分配用戶所承載的業務。與現有的OFDMA系統資源分配方法相比，本發明的有益效果表現為1、現有的OFDMA系統資源分配方法只考慮多個用戶或者多種業務的情況，而本發 明綜合考慮了多用戶和多業務場景下的資源分配方法。2、本發明提出了一種上行方向的資源分配方法，綜合考慮了基站在用戶之間的資 源分配和用戶在業務之間的資源調度。3、本發明同時考慮了用戶的信噪比在一個上行子幀和一個上行符號內不變這樣 兩種情況，具有更廣泛的適用範圍和實際意義。


圖1為基於IEEE 802. 16m的OFDMA系統中基站對用戶的上行資源分配和調度的 示意圖；圖2為用戶信噪比在一個上行子幀內保持不變時基站的資源分配流程圖；圖3為用戶信噪比在一個上行時隙內保持不變時基站的資源分配流程圖；圖4為用戶在多個業務間進行資源調度流程圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明作進一步說明。本發明適用於基於IEEE 802. 16m的OFDMA系統的上行資源分配。圖1為基於IEEE 802. 16m的OFDMA系統中基站對用戶的上行資源分配和調度的示意圖。當有承載多種業務 的多個用戶需要向基站進行上行數據傳輸時，用戶需要首先在一定的時刻向基站發送帶寬 請求信息。基站根據無線信道條件、用戶的QoS需求以及用戶的帶寬請求信息，合理地分配 無線資源，在保證用戶需求和滿足用戶發射功率約束的前提下，使得系統的吞吐量最大。在每個上行子幀開始前，基站會通過上行管理消息UL-MAP將資源分配情況發送給每個用戶， 每個用戶再根據其所承載的業務的QoS進行資源的合理調度。圖2是用戶信噪比在一個上行子幀內保持不變時基站的資源分配流程圖，而圖3 是用戶信噪比在一個上行時隙內保持不變時基站的資源分配流程圖。其中在系統參數初始 化和確定用戶優先級兩個階段在兩種情況下是一致的，因此首先說明系統參數的初始化和 用戶優先級的確定。a、初始化系統參數。系統中有6個用戶、64個子信道，16個OFDMA系統每個信道 所包含16個子載波數，上行子幀中的任意一個時隙為具有2個OFDMA符號的一個子信道， 則一個上行子幀具有64X8個時隙。用IT1^1表示時隙(η， 是否分配給用戶k，當iik,n, χ = 1時表示時隙(n，l)分配給了用戶k，而Ii1^1 = O時表示時隙(n，l)沒有分配給了用 戶 k，初始化 ITk^1 = 0，k = 1，2，…，6，n=l，2，…，64，1 = 1，2，…，8。用 U 表示未滿 足需求的用戶集合，初始化U= {1，2，…，6}。用C表示其中時隙未被全部佔用的子信道集 合，初始化C= {1,2,…，64}。用NL表示未被分配的時隙集合，初始化NL= {(1,1), (1， 2)，···，(1，8)，(2，1)，(2，2)，…(2，8)，···, (64,1), (64,2), ··· (64,8)}0b、確定用戶的優先級。一個用戶往往承載多種具有不同QoS的業務流，因此用戶 的優先級需要根據其所承載的業務在當前上行子幀內所要傳輸的最小比特數來決定。用 ？^表示用戶k的業務s在當前上行子幀內需要傳輸的最小比特數，根據5種業務流的不同 QoS需求，它們在當前上行子幀內需要傳輸的最小比特數各不相同對於UGS來說，餼,餵=-ZT^，其中Dk,ugs表示UGS的最大可容忍的延時，Bkjllgs表示
k ,Itgs
用戶k在上行子幀中需要傳輸的的UGS業務的比特數目。對於RtPS 來說，Cpk』率=
Bk,rtps， 0 < ADk rtps < Dth rtps B,,
_k'r'P5 AD > D
八八 『LiJ-yk,rtps ^ ^th,rlps k.rtps
其中Dk, 表示RtPS的
最大可容忍延時，表示RtPS當前時刻所經歷的延時，則ΔΖ\,,ρ =Dkrlps -D:轟示完成 RtPS的發送還剩餘的時間，Dth, rtps表示預先設定的RtPS的延時門限，設為1 ；當O Dth,rtps時表明RtPS暫沒有超時的危險，所以為將資源留給更加迫 切需要帶寬的業務，RtPS在當前上行子幀內以平均速率進行傳輸。
a ■ Bk ertps, 0 < ^Dk ertps < Dth enps對於 ErtPS 來說，％.
ertps
a-Kem An >D，其中 α >1 為常
，0ujIi^ertps j^th ,ertps
^ertps
數，用來表明在同等情況下，ErtPS比RtPS具有更高的優先級，其他參數的定義和RtPS中 的定義一樣。對於NrtPS來說，=CV，其中^Ck表示NrtPS必須要達到的最小傳輸速率。對於BE業務來說，因為其沒有QoS需求，所以可認為外>=0，但是這樣容易導致BE 業務因得不到資源而餓死，所以本發明要求％&滿足G<<(^』其中se {UGS, RtPS,
根據5種調度業務在當前上行子幀內需要傳輸的最小比特數，本發明確定用戶k 的優先級為
y/k = pscpk s, s e {UGS,RtPS,ErtPS, NrtPS)。其中β ugs > β ertps > β rtps > β mtps > β be e (0，1]表示 5 種調度業務相應的系 數，根據它們的 QoS 需求，可設 i3ugs = 1, ^ertps = 0.9, ^rtps = 0.8，^nrtps = 0.6 以及 i3be =0. 4。以下將結合圖2具體說明用戶信噪比在一個上行子幀內保持不變的情況下的基 站資源分配過程。Cl、在集合U中選擇優先級最高的用戶f，例如選擇了用戶1。dl、在集合C中為用戶1選擇具有最大信道增益的子信道^ = arg max n，例如子 信道10，其表示用戶1在子信道η上的信噪比。el、為用戶1在子信道10內選擇自適應編碼和調製(AMC)模式，具體為初始時選 擇最高階的模式，例如64-QAM，如果在後續步驟中發現選擇的AMC模式不能滿足用戶的功 率約束，則依次將AMC模式下降為32-QAM、16-QAM和QPSK。fl、從子信道10的第一個可用時隙開始依次連續地在該子信道內為用戶1分配時 隙，這裡所說的第一個可用時隙是子信道η*中第一個=O的時隙，每選擇一個時隙(ιΛ
1)，令^ , =1，並計算此時用戶的傳輸速率& =Ix*//⑷~力)。 'k , ,1 1=\gl、比較 R1 與R廣，其中及廣釣廠 s e IUGS，RtPS，ErtPS, NrtPS, BE}表示 用戶1在當前上行子幀內所需傳輸的最小比特數，當氏<κυ"，則跳轉至Π，當子信道10 的所有時隙都被佔用後，氏仍然小於及廣，則令匚=(/{10}，並跳轉至(11。當代2iCn，
則停止對用戶1的時隙分配，並計算用戶當前所需的發射功率S (隊HV ·Α，,D,/)，其中
/=1
口^工表示用戶丨在時隙(10，1)中的總發射功率，它等於在該時隙中各個子載波上的
發射功率之和，因為各個子載波上的發射功率是相等的，所以P1,khl = 6· P ，其中
/ 2 \
Α,,ο,/=2Η，其中Q表示所選的AMC模式Q-QAMJER1為用戶1的平均
誤比特率要求，σ 2為白高斯噪聲的方差。hi、比較PdPZfax，其中f為用戶1所允許的最大發射功率。當CSS·，則說明 滿足用戶的功率約束，則令υ = U/{1}, M=JVl/ {(10,1) 11 .,1}，並跳轉至Cl，直到υ
或者NL為空。當6 >ifax，則說明滿足用戶的功率約束，則跳轉至el。il、當U為空而NL或者C不為空時，說明在滿足用戶的需求後還有資源剩餘，為了 最大限度地提升系統的吞吐量，將剩餘時隙依次分配給滿足程度最低的用戶，即令用戶集
合U={1，2，…，6}，選擇「叫！^！！^^，為用戶！^選擇子信道^^呢咖^,，在該子
11信道內為用戶分配一個未被佔用的時隙0Λ 1)，並檢查是否滿足該用戶的功率約束，如果 滿足，則令 力=1，U=U/{kl,m = NL/Kn*，1)}。反覆執行il，直到NL或者C為空。以下將結合圖3具體說明用戶信噪比在一個上行時隙內保持不變的情況下的基 站資源分配過程。c2、在集合U中選擇優先級最高的用戶f =argr^XK，例如用戶1 ;d2、在集合C中為用戶1選擇最大信道增益的時隙((O = arS1^fVw，， 例
如時隙(10，4)，其中\\,表示用戶1^在時隙(n，1)上的信噪比，它在一個上行時隙內保持 不變。e2、為用戶1在時隙(10，4)內選擇合適的AMC模式，具體為初始時選擇最高階的 模式，例如64-QAM，如果在後續步驟中發現選擇的AMC模式不能滿足用戶的功率約束和用 戶的速率需求，則依次將AMC模式下降為32-QAM、16-QAM和QPSK。f2、計算此時用戶1的傳輸速率代siil,/·^^,",/)並與;比較，同時計算用
/7=1 /=1kI
戶當前所需的發射功率巧！；玄汍^^並與「腿比較當。/pmax時，令H1,
10,4 = 1，υ = U/ {1}，NL = NL/ {(10，4)}，並跳轉至 c2，直到 U 或者 NL 為空。當巧 > 時， 則跳轉至e2。g2、當U為空時，令民<i 廣}並跳轉至c2 ；反覆執行g2，直到任意用戶k都 滿足民k i 廣或者NL為空。h2、當U為空而NL不為空時，說明在滿足用戶的需求後還有資源剩餘，為了最大限
度地提升系統的吞吐量，將剩餘時隙依次分配給滿足程度最低的用戶，即令用戶集合U = ,*R1
{1,2,…，K}，選擇眾=Srgipm^r，為用戶k*選擇時隙( 了)= ^gmax、 並檢查是否
^k ( ,/) k，」，1
滿足該用戶的功率約束，如果滿足，則設義V/ ，U = U/『}，NL = NL/ {(η*, Γ)}。反覆執 行h2，直到NL為空。圖4是用戶在多個業務間進行資源調度的流程圖。下面結合圖4具體說明本發明中用戶在業務之間的資源調度過程。a、初始化用戶參數。對於每個用戶k來說，其所承載的業務數為Sk，並初始化未滿 足QoS需求的業務集合為S= {1,2,…，Sk}；初始化未分配給業務的時隙集合T為基站分 配給用戶k的所有時隙；用λ s,na表示時隙(n，1)是否分配給業務s，當λ s,na = 1時表示 時隙(n，1)分配給了用戶s，而λ Uil = O時表示時隙(η，1)沒有分配給了用戶s，初始化
入 S，n，1 — O，S — 1，2，…，SkOb、在集合S選擇優先級最高的業務Z = arg max (pk s。c、在集合T中選擇採用最高階AMC模式的時隙= arg max 分配給？，並
令τ = τ/{(ιΛ Γ)}，Λ., ./=1，同時計算業務S*當前的傳輸速率，當<4/則重複本 步驟；當A,/ 2約/後，令S = S/{S*}，並跳轉至b，直到S為空或者T為空。
d、S為空而T不為空時，則表明在滿足業務的QoS需求後，用戶k還有時隙剩餘， 則按照各業務在當前時隙內所需傳輸的最小比特數％,,的比例，將剩餘的時隙依次分配用 戶所承載業務。
權利要求
基於802.16m的OFDMA系統的上行資源分配與調度方法，其特徵在於該方法包括基站對用戶的時隙分配和用戶對業務的時隙調度；基站對用戶的時隙分配的具體步驟為a、初始化系統參數；系統中有K個用戶、N個子信道和T個OFDMA符號，每個子信道包含q個子載波數，上行子幀中的任意一個時隙為具有M個OFDMA符號的一個子信道，一個上行子幀具有N×L個時隙，其中L＝T/M；用ηk，n，l表示時隙(n，l)是否分配給用戶k，當ηk，n，l＝1時表示時隙(n，l)分配給了用戶k，而ηk，n，l＝0時表示時隙(n，l)沒有分配給用戶k；初始化ηk，n，l＝0，k＝1，2，…，K，n＝1，2，…，N，l＝1，2，…，L；用U表示未滿足需求的用戶集合，初始化U＝{1，2，…，K}；用C表示時隙未被全部佔用的子信道集合，初始化C＝{1，2，…，N}；用NL表示未被分配的時隙集合，初始化NL＝{(1，1)，(1，2)，…，(1，L)，(2，1)，(2，2)，…(2，L)，…，(N，1)，(N，2)，…(N，L)}；b、確定用戶的優先級；用表示用戶k的業務s在當前上行子幀內需要傳輸的最小比特數，根據五種業務流的不同QoS需求，它們在當前上行子幀內需要傳輸的最小比特數各不相同非請求授權業務其中Dk，ugs表示非請求授權業務的最大可容忍的延時，Bk，ugs表示用戶k在上行子幀中需要傳輸的非請求授權業務的比特數目；實時輪詢業務其中Dk，rtps表示實時輪詢業務的最大可容忍延時，表示實時輪詢業務當前時刻所經歷的延時，則表示完成實時輪詢業務的發送還剩餘的時間，Dth，rtps表示預先設定的實時輪詢業務的延時門限，設為1或者2；當0＜ΔDk，rtps≤Dth，rtps時就認為實時輪詢業務有超時的危險，所以需要在當前幀內傳輸所有剩餘的實時輪詢業務數據Bk，rtps；當ΔDk，rtps＞Dth，rtps時表明實時輪詢業務暫沒有超時的危險，所以為將資源留給更加迫切需要帶寬的業務，實時輪詢業務在當前上行子幀內以平均速率進行傳輸；擴展實時輪詢業務其中α＞1為常數，用來表明在同等情況下，擴展實時輪詢業務比實時輪詢業務具有更高的優先級；Dk，ertps表示擴展實時輪詢業務的最大可容忍延時，表示擴展實時輪詢業務當前時刻所經歷的延時，則表示完成擴展實時輪詢業務的發送還剩餘的時間，Dth，ertps表示預先設定的擴展實時輪詢業務的延時門限，設為1或者2；當0＜ΔDk，ertps≤Dth，ertps時就認為擴展實時輪詢業務有超時的危險，所以需要在當前幀內傳輸所有剩餘的擴展實時輪詢業務數據Bk，ertps；當ΔDk，ertps＞Dth，ertps時表明擴展實時輪詢業務暫沒有超時的危險，所以為將資源留給更加迫切需要帶寬的業務，擴展實時輪詢業務在當前上行子幀內以平均速率進行傳輸；非實時輪詢業務其中表示非實時輪詢業務必須要達到的最小傳輸速率；盡力而為的業務滿足其中s∈{UGS，RtPS，ErtPS，NrtPS}；當用戶的信噪比在一個上行子幀內保持不變時，則執行步驟c1至步驟i1；c1、在集合U中選擇優先級最高的用戶d1、在集合C中為用戶k*選擇具有最大信道增益的子信道其中表示用戶k*在子信道n上的信噪比，它在一個上行子幀內保持不變；e1、為用戶k*在子信道n*內選擇自適應編碼和調製模式，具體為初始時選擇最高等級的自適應編碼和調製模式，如果在後續步驟中發現選擇的自適應編碼和調製模式不能滿足功率約束，則依次將自適應編碼和調製模式下調一個等級；f1、從子信道n*的第一個可用時隙開始依次連續地在該子信道內為用戶k*分配時隙，所述的第一個可用時隙是子信道n*中第一個的時隙，每選擇一個時隙(n*，l)，令計算此時用戶的傳輸速率表示用戶k*在時隙(n*，l)上所加載的比特數；g1、比較與其中s∈{UGS，RtPS，ErtPS，NrtPS，BE}表示用戶k*在當前上行子幀內所需傳輸的最小比特數，當則跳轉至f1，當子信道n*的所有時隙都被佔用後，還是小於則另C＝C/{n*}，並跳轉至d1；當則停止對用戶k*的時隙分配，並計算用戶k*當前所需的發射功率其中表示用戶K*在時隙(n*，l)中的總發射功率，等於在該時隙中各個子載波上的發射功率之和，因為各個子載波上的發射功率是相等的，所以其中其中Q表示所選的自適應編碼和調製模式為Q QAM，為用戶k*的平均誤比特率要求，σ2為白高斯噪聲的方差；h1、比較和其中為用戶k*所允許的最大發射功率；當則說明滿足用戶的功率約束，則令U＝U/{k*}，並跳轉至c1，直到U或者NL為空；當則說明滿足用戶的功率約束，則跳轉至e1；i1、當U為空而NL或者C不為空時，說明在滿足用戶的需求後還有資源剩餘，為了最大限度地提升系統的吞吐量，將剩餘時隙依次分配給滿足程度最低的用戶，即令用戶集合U＝{1，2，…，K}，選擇為用戶k*選擇子信道在該子信道內為用戶分配一個未被佔用的時隙(n*，l)，並檢查是否滿足該用戶的功率約束，如果滿足該用戶的功率約束，則令U＝U/{k*}，NL＝NL/{(n*，l)}；反覆執行i1，直到NL或者C為空；當用戶的信噪比在一個上行時隙內保持不變時，則執行步驟c2至步驟h2c2、在集合U中選擇優先級最高的用戶d2、在集合C中為用戶k*選擇最大信道增益的時隙其中表示用戶k*在時隙(n，l)上的信噪比，它在一個上行時隙內保持不變；e2、為用戶k*在時隙(n*，l*)內選擇自適應編碼和調製模式，具體為初始時選擇最高等級的模式，如果在後續步驟中發現選擇的自適應編碼和調製模式不能滿足功率約束或用戶速率需求，則依次將自適應編碼和調製模式下調一個等級；f2、計算此時用戶k*的傳輸速率並與比較，計算用戶當前所需的發射功率並與比較當且時，令U＝U/{k*}，NL＝NL/{(n*，l*)}，跳轉至c2，直到U為空；當時，則跳轉至e2；g2、令跳轉至c2；反覆執行g2直到任意用戶k都滿足或者NL為空；h2、當U為空而NL不為空時，說明在滿足用戶的需求後還有資源剩餘，為了最大限度地提升系統的吞吐量，將剩餘時隙依次分配給滿足程度最低的用戶，即令用戶集合U＝{1，2，…，K}，選擇為用戶k*選擇時隙並檢查是否滿足該用戶的功率約束，如果滿足，則設U＝U/{k*}，NL＝NL/{(n*，l*)}；反覆執行h2，直到NL為空；用戶對業務的時隙調度的具體步驟為j、初始化用戶參數；對於每個用戶k來說，其所承載的業務數為Sk，初始化未滿足QoS需求的業務集合為S＝{1，2，…，Sk}；初始化未分配給業務的時隙集合T為基站分配給用戶k的所有時隙；用λs，n，l表示時隙(n，l)是否分配給業務s，當λs，n，l＝1時表示時隙(n，l)分配給了業務s，而λs，n，l＝0時表示時隙(n，l)沒有分配給業務s，初始化λs，n，l＝0，s＝1，2，…，Sk；k、在集合S選擇優先級最高的業務l、在集合T中選擇採用最高等級自適應編碼和調製模式的時隙分配給s*，並令T＝T/{(n*，l*)}，同時計算業務s*當前的傳輸速率當則重複本步驟；當時，令S＝S/{s*}，並跳轉至k，直到S為空或者T為空；m、當S為空而T不為空時，則表明在滿足業務的QoS需求後，用戶k還有時隙剩餘，則按照的比例將剩餘的時隙依次分配用戶所承載的業務。FSA00000243419600011.tif,FSA00000243419600012.tif,FSA00000243419600013.tif,FSA00000243419600014.tif,FSA00000243419600015.tif,FSA00000243419600021.tif,FSA00000243419600022.tif,FSA00000243419600023.tif,FSA00000243419600024.tif,FSA00000243419600025.tif,FSA00000243419600026.tif,FSA00000243419600027.tif,FSA00000243419600028.tif,FSA00000243419600029.tif,FSA000002434196000210.tif,FSA00000243419600031.tif,FSA00000243419600032.tif,FSA00000243419600033.tif,FSA00000243419600034.tif,FSA00000243419600035.tif,FSA00000243419600036.tif,FSA00000243419600037.tif,FSA00000243419600038.tif,FSA00000243419600039.tif,FSA000002434196000310.tif,FSA000002434196000311.tif,FSA000002434196000312.tif,FSA000002434196000313.tif,FSA000002434196000314.tif,FSA000002434196000315.tif,FSA000002434196000316.tif,FSA000002434196000317.tif,FSA000002434196000318.tif,FSA000002434196000319.tif,FSA000002434196000320.tif,FSA000002434196000321.tif,FSA000002434196000322.tif,FSA000002434196000323.tif,FSA00000243419600041.tif,FSA00000243419600042.tif,FSA00000243419600043.tif,FSA00000243419600044.tif,FSA00000243419600045.tif,FSA00000243419600046.tif,FSA00000243419600047.tif,FSA00000243419600048.tif,FSA00000243419600049.tif,FSA000002434196000410.tif,FSA000002434196000411.tif,FSA000002434196000412.tif,FSA000002434196000413.tif,FSA000002434196000414.tif,FSA000002434196000415.tif,FSA000002434196000416.tif,FSA00000243419600051.tif,FSA00000243419600052.tif,FSA00000243419600053.tif,FSA00000243419600054.tif,FSA00000243419600055.tif,FSA00000243419600056.tif,FSA00000243419600057.tif,FSA00000243419600058.tif,FSA00000243419600059.tif,FSA000002434196000510.tif
2.j、初始化用戶參數；對於每個用戶k來說，其所承載的業務數為Sk，初始化未滿足QoS 需求的業務集合為S= {1,2,…，Sk}；初始化未分配給業務的時隙集合T為基站分配給用 戶k的所有時隙；用λ s, n, i表示時隙(n，1)是否分配給業務s，當λ s, n, i = 1時表示時隙 (η, 1)分配給了業務s，而Xs^1 = O時表示時隙(η，1)沒有分配給業務s，初始化λ Sk ；k、在集合S選擇優先級最高的業務
3.!、在集合！「中選擇採用最高等級自適應編碼和調製模式的時隙 配給。並令T = T/ {(η*, Γ)}，，同時計算業務？當前的傳輸速率，< 則重複本步驟；當&/ > A/時，令S = S/{V}，並跳轉至k，直到S為空或者T為空；m、當S為空而T不為空時，則表明在滿足業務的QoS需求後，用戶k還有時隙剩餘，則 按照外,的比例將剩餘的時隙依次分配用戶所承載的業務。
全文摘要
本發明涉及一種基於802.16m的OFDMA系統的上行資源分配與調度方法。現有的信息傳輸成本高。本發明方法包括基站對用戶的時隙分配和用戶對業務的時隙調度；時隙分配具體為基站需要根據用戶的帶寬請求信息來確定時隙分配過程中各個用戶的優先級，然後按照用戶的優先順序，並根據用戶的信噪比為每個用戶分配相應的時隙，確定在該時隙內的調製方式並分配相應的功率。時隙調度具體為基站通過上行管理消息UL-MAP將資源分配情況發送給每個用戶，用戶按照基站分配給它的時隙來進行上行傳輸，由用戶的資源調度器調度具體時隙分配和業務。本發明綜合考慮了多用戶和多業務場景下的資源分配方法，具有較強的適用範圍。
文檔編號H04W72/08GK101917769SQ20101026260
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月20日 優先權日2010年8月20日
發明者丁旭東, 謝磊, 陳惠芳 申請人:浙江大學