多用戶多輸入單輸出-正交頻分多址系統的資源分配方法
2023-05-01 22:31:26
專利名稱：多用戶多輸入單輸出-正交頻分多址系統的資源分配方法
技術領域：
本發明涉及移動通信系統領域，具體涉及多用戶多輸入單輸出-正交頻分多址系統的資源分配方法。
背景技術：
在未來通信系統中，正交頻分多址技術(0FDMA技術)和多輸入單輸出技術(ΜΙΜΟ 技術)一直備受關注。OFDMA技術不但能夠有效的對抗多徑幹擾，而且極大的提高頻率效率。MIMO技術不但能夠通過發射(接收)波束成型提供發射(接收)功率增益，而且能夠提供額外的空間自由度增益從而極大的提高系統吞吐量。考慮多用戶MIS0-0FDMA系統的下行傳輸鏈路，基站安裝多根發射天線，各用戶安裝單根天線，形成虛擬MIMO的情況。用戶利用正交頻分多址接入技術和空分多址技術接入系統。因此，系統資源有功率、子載波和空間。每一個子載波能通過空間預編碼技術被不同的用戶共享。其中一種預編碼技術是汙紙編碼，雖然汙紙編碼能達到最大的下行鏈路容量， 但是由於汙紙編碼具有相當高的複雜度，一般很難應用於實時系統中。另一種預編碼技術是迫零編碼，雖然性能次於汙紙編碼，但由於複雜度較低，所以一直備受關注。迫零編碼要求復用在相同子載波的用戶數目必須少於或等於基站天線數目，否則不能完全消除用戶之間共享相同子載波產生的幹擾。利用迫零預編碼技術，系統資源分配問題轉變為兩大子問題子載波之間功率如何分配和各個子載波被哪些用戶共享。這兩大子問題是互為關聯的，子載波所分配的功率越大，會影響該子載波的用戶選擇；選擇哪些用戶共享該子載波，又反過來影響子載波之間的功率分配。因此，資源分配問題的最優化求解是複雜的。另一方面，資源分配問題有兩大性能指標，分別是系統吞吐量和用戶之間的公平性。這兩大性能指標往往是互斥的，如何在系統吞吐量與公平性之間進行有效的折中，使得資源分配問題更加的複雜。為了降低複雜度，文獻S. Kai，W. Ying, C. Zi-xiong，and Ζ. Ping, "Fairness based resource allocation for multiuser MIS0-0FDMA systems with beamforming,"J. China Univ. of Posts and Telec. ,vol. 16,no. l,pp. 38-43,Feb. 2009.首先對各子載波平均分配功率，從而分離子載波的功率分配和用戶選擇這兩者之間的關係。並且根據用戶信道之間的相關性，求出共享各個子載波的用戶數目。最後根據每一個子載波的用戶數目遍歷所有用戶子集合求出最優的用戶子集合。利用該方法，既能降低一定的複雜度和獲取一定的公平性。為了進一步降低複雜度和提高用戶之間的公平性，文獻V. D. Papoutsis, I.G.Fraimis, and S. A. Kotsopoulos, "User Selection and Resource Allocation Algorithm with Fairness in MIS0-0FDMA,」 IEEE Commun. Letters，vol.14，no.5，may 2010.首先對各子載波平均分配功率，對於各子載波，每一次增加一個用戶到已選用戶集合前，首先利用用戶信道之間的相關性，形成一個臨時候選集合，然後利用注水算法從臨時候選集合中挑取一個用戶添加進已選用戶集合中，這種貪婪過程直至公平性約束被破壞或者吞吐量不再增加為止。這種算法極大地降低了資源分配問題的複雜度，但是為了保證相當高的用戶公平性而忽略了系統的吞吐量，使得系統吞吐量大大下降了。
發明內容
針對現有技術不足，本發明提供一種多用戶多輸入單輸出-正交頻分多址系統的資源分配方法，在總功率的約束下，不但保證系統吞吐量，又能保證用戶之間的公平性。本發明的多用戶多輸入單輸出-正交頻分多址系統的資源分配方法，包括以下步驟1)、基站獲取系統中所有用戶天線在第t個時隙的信道信息；2)、將系統總功率等分分配給系統中的所有子載波；3)、輪詢第η個子載波，初始階段，η = 1；4)、基站根據第k個用戶已經獲得的吞吐量&和第k個用戶的用戶服務質量要求
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權利要求
1.多用戶多輸入單輸出-正交頻分多址系統的資源分配方法，其特徵在於，包括以下步驟1)、基站獲取系統中所有用戶天線在第t個時隙的信道信息；2)、將系統總功率等分分配給系統中的所有子載波；3)、輪詢第η個子載波，初始階段，η= 1；4)、基站根據第k個用戶已經獲得的吞吐量和第k個用戶的用戶服務質量要求及3十算出第k個用戶的優先級Iik, n, t，i]k,n,t = Rl IRk ；再歸一化處理求出第k個用戶在第η個
2.根據權利要求1所述的資源分配方法，其特徵在於，步驟幻所提及的選擇用戶子集合、求出各用戶的迫零預編碼及所分配的功率均採用比例速率貪婪算法求得，所述比例速率貪婪算法具體步驟為(1)、將當前用戶子集合設為空集，當前用戶子集合中的用戶數設為0，當前用戶子集合在第η個子載波的比例總速率設為0 ；所述比例總速率為各用戶的比例加權係數與自身速率的乘積和；(2)、判斷當前用戶子集合中的用戶數目是否小於基站的天線數目，如果是，則轉到步驟(3)；如果否，則轉到步驟(6)；(3)、把不在當前用戶子集合中的每一個系統用戶單獨臨時添加進當前用戶子集合中， 得到多個臨時用戶子集合，比較這些臨時用戶子集合的比例總速率，求出比例總速率達到最大化的最優臨時用戶子集合和相應的最優用戶；G)、比較步驟(3)所求出的最優臨時用戶子集合的比例總速率是否大於當前用戶子集合的比例總速率；如果是，則轉到步驟(5)，如果否，則轉到(6)；(5)、將步驟(3)求出的最優用戶添加進當前用戶子集合中，當前用戶子集合的用戶數目加1，更新當前用戶子集合的比例總速率，轉到步驟O)；(6)、計算當前用戶子集合中各個用戶的迫零預編碼和相應的功率分配。
3.根據權利要求2所述的資源分配方法，其特徵在於，步驟C3)和步驟( 所提到的比例總速率、步驟(6)所提到的迫零預編碼和功率分配均採用比例注水算法求得，具體步驟為①、求出用戶子集合中各用戶的迫零預編碼；②、根據拉格朗日求極值的方法和用戶子集合中各用戶的比例加權係數迭代求出各用戶所分配的功率和用戶子集合的比例總速率。
全文摘要
本發明提供了一種多用戶多輸入單輸出-正交頻分多址系統的資源分配方法，該方法首先將總功率等分給所有子載波；然後串行分配各個子載波的資源，直至所有子載波分配完畢。在子載波分配資源時，首先更新用戶的比例加權係數，然後使用比例速率貪婪算法求出共享當前子載波的用戶子集合和集合中各用戶之間的功率分配。本發明通過設置合適的比例加權係數來平衡系統吞吐量和用戶公平性，並且由於在為用戶分配功率時，充分考慮了各用戶的優先級，所以能夠在保證用戶公平性的同時獲得較好的吞吐量性能。
文檔編號H04L27/26GK102202403SQ201110159769
公開日2011年9月28日 申請日期2011年6月15日 優先權日2011年6月15日
發明者餘華, 盧偉山, 季飛, 陳芳炯 申請人:華南理工大學