專利名稱：一種正交頻分多址接入中繼系統(tǒng)的用戶公平資源分配方法
技術領域：
本發(fā)明屬于正交頻分多址接入(OFDMA)移動通信技術領域，特別涉及OFDMA中繼 通信系統(tǒng)中保證用戶公平性的資源分配方法。
背景技術：
OFDMA技術能夠根據(jù)不同用戶信道衰落的獨立性，充分利用多用戶分集，提高頻譜 效率。另一方面，采用中繼技術可以增大無線網(wǎng)絡的覆蓋范圍，提高系統(tǒng)容量和可靠性。因 此，OFDMA技術和中繼技術是未來無線移動通信系統(tǒng)的核心技術。如何在OFDMA中繼系統(tǒng) 中進行合理的資源分配是一個越來越重要的研究課題?！秶H電子與電氣工程師協(xié)會通信選題雜志》(IEEE J. on Select Areas. Commun, Volume 17，No 10，1999，pp 1747-1758)中提到了一種OFDMA系統(tǒng)中的多用戶自適應子載 波、比特和功率分配算法。不過該算法應用場景為無中繼節(jié)點的傳統(tǒng)蜂窩小區(qū)，而在OFDMA 中繼系統(tǒng)中，對不同的用戶要選擇合適的中繼節(jié)點傳輸數(shù)據(jù)，并且需要同時對基站和中繼 節(jié)點進行子載波和功率分配，因此該算法無法應用到OFDMA中繼系統(tǒng)中。在《國際電子與電氣工程師協(xié)會通信選題雜志》(IEEE J. on Select Areas. Commun, Volume 25，No 2,2007, pp 328-339)中還提到了一種針對OFDMA中繼系統(tǒng)的自適 應子載波和功率分配算法，不過該算法的目標是最大化系統(tǒng)總效用，沒有考慮用戶間的公 平性問題。而保證用戶間的公平性、更好地為多用戶服務，是未來無線通信系統(tǒng)的核心目標 之一，因此保證用戶間公平性的資源分配對未來無線通信系統(tǒng)具有重要意義。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種正交頻分多址接入中繼系統(tǒng)的用戶公平資源分配方法， 該方法在優(yōu)化系統(tǒng)吞吐量的同時，能夠保證用戶間具有近似嚴格的公平性。本發(fā)明正交頻分多址接入中繼系統(tǒng)的用戶公平資源分配方法，基站根據(jù)輸入的系 統(tǒng)參數(shù)和信道參數(shù)，經(jīng)以下處理步驟，由單片機輸出得到的資源分配結果，其特征在于基站 端依次執(zhí)行以下步驟第一步設時隙編號為t，對于系統(tǒng)中每一個用戶m = 1，. . .，M，以艮,⑴表示在時 隙t計算得到的用戶m的平均速率，初始化在時隙t = 0時用戶m的平均速率尺(0)為非負 值，M為系統(tǒng)中的總用戶數(shù)；第二步設迭代輪次為i，對于每一個中繼節(jié)點k = 1，. . .，K，以μ k(i)表示中繼 節(jié)點k在迭代輪次i的功率調(diào)整因子，η (i)表示基站在迭代輪次i的功率調(diào)整因子，初始 化中繼節(jié)點k在迭代輪次i = ο的功率調(diào)整因子μ k(o)以及基站在迭代輪次i = ο的功 率調(diào)整因子n(o)為非負數(shù)，κ為系統(tǒng)中的中繼節(jié)點數(shù)；基站根據(jù)中繼節(jié)點反饋的信道狀態(tài)信息更新已存儲的信息對于所有的中繼節(jié)點 k = 1，. . .，K，和用戶m = 1，. . .，M，更新基站到中繼節(jié)點k在子載波η上由小尺度衰落產(chǎn) 生的信道增益《，更新中繼節(jié)點k到用戶m在子載波η上由小尺度衰落產(chǎn)生的信道增益/C，更新基站和中繼節(jié)點k之間的路徑損耗lsk，更新中繼節(jié)點k和用戶m之間的路徑損耗Ikm ；第三步記系統(tǒng)中子載波總數(shù)為N，對于每一個子載波η = 1，...，N，根據(jù)當前各 用戶的平均速率足,⑴，基站功率調(diào)整因子η (i)，中繼功率調(diào)整因子yk(i)，和基站到中繼 節(jié)點k在子載波η上由小尺度衰落產(chǎn)生的信道增益&，中繼節(jié)點k到用戶m在子載波η上 由小尺度衰落產(chǎn)生的信道增益/C，基站和中繼節(jié)點k之間的路徑損耗lsk，中繼節(jié)點k和用 戶m之間的路徑損耗，分別計算當前在該載波上的功率分配結果以及該載波在鏈路上的分 配結果；由下式得出功率分配結果中繼節(jié)點k到用戶m在子載波η上的發(fā)射功率 式(1)中W為系統(tǒng)總帶寬，被分為N個子載波，運算符[X]+= max {χ，0}，即表示取 數(shù)值X和0中的較大值，前一個中間變量ΦΙ 和后一個中間變量 分別為
Γ …， “、K f 式(3)中Ntl為系統(tǒng)中的單邊帶噪聲功率譜密度，信噪比間隙Γ是目標誤比特率 BER 的函數(shù)，Γ = -ln(5BER)/l. 5 ；根據(jù)中繼節(jié)點k到用戶m在子載波η上的發(fā)射功率公式(1)求得的中繼節(jié)點k到 用戶m在子載波η上的發(fā)射功率;^的值，計算中繼節(jié)點k到用戶m在子載波η上的傳輸速
rι 0 P、
Γ 1 η W 1, Pkmhm V1 km//1Λ 根據(jù)中繼節(jié)點k到用戶m在子載波η上的傳輸速率公式(4)求得的傳輸速率<進 行子載波分配對于某個子載波η，首先選取C/民(0最大的(k，m)組合，即
η
(5)然后將子載波η分配給選取的(k*，nf)，即分配給中繼節(jié)點k*到用戶nf的鏈路；定 義表示載波分配的指示變量^ (0,1} Ψ = 1表示將載波η分配給中繼節(jié)點k到用戶m的 鏈路，否則，指示變量P: = 0 ；對于中繼節(jié)點k*到用戶nf的鏈路，指示變量= 1，而對于中 繼節(jié)點k*到用戶nf以外的其他鏈路，即對于中繼節(jié)點k興k*到用戶m興nf的鏈路，指示變 量PL=O，用公式表示為
(6)則基站到中繼節(jié)點k在子載波η上的發(fā)射功率由下式算出
第四步更新迭代輪次i = i+Ι，并采用下面的式子更新中繼和基站功率調(diào)整因子 其中表示中繼節(jié)點k的最大功率約束，/Tx表示基站的最大功率約束，Q1G) 和a2(i)為迭代步長；第五步根據(jù)第四步中的中繼功率調(diào)整因子更新公式(8)和基站功率調(diào)整因子更 新公式(9)的計算結果，判斷發(fā)射功率是否收斂，如果不收斂，則返回第三步，如果收斂，進 入第六步；第六步對于用戶m = 1，. . .，M，根據(jù)前面第三步到第五步迭代計算得到的載波和 功率分配結果，按瞬時速率計算公式
(10)計算當前瞬時速率Rm(t)，并按平均速率尺G +1)計算公式 更新平均速率尺0 + 1)，式中T為滑動窗口長度；第七步更新時隙t = t+Ι，返回第二步計算下一時隙的資源分配方案。與現(xiàn)有資源分配技術相比，本發(fā)明的資源分配針對的是未來通信中具有普遍意義 的多用戶、多中繼系統(tǒng)，并且是在保證下行通信用戶間公平性情況下進行的資源分配。本發(fā) 明將資源分配過程中涉及到的中繼選擇、子載波分配和功率分配問題進行聯(lián)合優(yōu)化，并且 基于分解理論和凸優(yōu)化理論，給出了最優(yōu)的資源分配方法。由于本發(fā)明為每個子載波選擇 最合適的中繼，并將其分配給最優(yōu)的中繼-用戶鏈路，同時基站和各中繼在各個子載波上 進行自適應功率分配，通過引入功率調(diào)整因子，經(jīng)過若干次迭代，可以保證總功率收斂，因 此可以優(yōu)化系統(tǒng)的吞吐量。同時，本發(fā)明在進行中繼選擇和載波分配過程中在選擇最優(yōu)鏈 路時是以保證用戶間公平性為目標，同時進行功率分配的時候也以用戶的平均速率作為其 中一個考察變量，因此可以保證用戶間資源分配近似嚴格的公平性。綜上，本發(fā)明提出的資 源分配方法不僅能夠優(yōu)化系統(tǒng)吞吐量，同時能夠保證用戶間具有近似嚴格的公平性。
圖1為本發(fā)明正交頻分多址接入中繼通信系統(tǒng)的資源分配方法的原理框圖；圖2為本發(fā)明正交頻分多址接入中繼通信系統(tǒng)的資源分配方法的硬件實現(xiàn)系統(tǒng) 圖；圖3為兩種算法下系統(tǒng)吞吐量對比圖；圖4為兩種算法下用戶公平性對比圖。
具體實施例方式以下結合
本發(fā)明的實施方案。實施例1 本實施例采用下行OFDAM中繼蜂窩網(wǎng)絡，小區(qū)半徑為1km，內(nèi)環(huán)半徑為0. 6km，各中 繼節(jié)點均勻的分布在內(nèi)環(huán)上，用戶的位置隨機產(chǎn)生，并且均勻地分布在內(nèi)外環(huán)之間。具體仿 真參數(shù)設置如表1所示。仿真統(tǒng)計1000次資源分配的平均結果，從系統(tǒng)吞吐量和用戶公平 性兩方面來考察本專利提出的資源分配方法的性能。表1.參數(shù)設置 本實施例在基站端依次執(zhí)行以下具體操作步驟第一步設時隙編號為t，對于系統(tǒng)中每一個用戶m = 1，. . .，M，以瓦,(/)表示在時 隙t計算得到的用戶m的平均速率，初始化在時隙t = 0時用戶m的平均速率疋(0)為非負 值，M為系統(tǒng)中的總用戶數(shù)；第二步設迭代輪次為i，對于每一個中繼節(jié)點k = 1，. . .，K，以μ k(i)表示中繼 節(jié)點k在迭代輪次i的功率調(diào)整因子，η (i)表示基站在迭代輪次i的功率調(diào)整因子，初始 化中繼節(jié)點k在迭代輪次i = ο的功率調(diào)整因子μ k(o)以及基站在迭代輪次i = ο的功 率調(diào)整因子n(o)為非負數(shù)，κ為系統(tǒng)中的中繼節(jié)點數(shù)；基站根據(jù)中繼節(jié)點反饋的信道狀態(tài)信息更新已存儲的信息對于所有的中繼節(jié)點 k = 1，. . .，K，和用戶m = 1，. . .，M，更新基站到中繼節(jié)點k在子載波η上由小尺度衰落產(chǎn) 生的信道增益&，更新中繼節(jié)點k到用戶m在子載波η上由小尺度衰落產(chǎn)生的信道增益/C， 更新基站和中繼節(jié)點k之間的路徑損耗lsk，更新中繼節(jié)點k和用戶m之間的路徑損耗Ikm ；第三步記系統(tǒng)中子載波總數(shù)為N，對于每一個子載波η = 1，...，N，根據(jù)當前各 用戶的平均速率尺(0，基站功率調(diào)整因子η (i)，中繼功率調(diào)整因子yk(i)，和基站到中繼節(jié)點k在子載波η上由小尺度衰落產(chǎn)生的信道增益吣，中繼節(jié)點k到用戶m在子載波η上 由小尺度衰落產(chǎn)生的信道增益，基站和中繼節(jié)點k之間的路徑損耗lsk，中繼節(jié)點k和用 戶m之間的路徑損耗，分別計算當前在該載波上的功率分配結果以及該載波在鏈路上的分 配結果； 由下式得出功率分配結果中繼節(jié)點k到用戶m在子載波η上的發(fā)射功率 “W HN — _1_ 式(1)中W為系統(tǒng)總帶寬，被分為N個子載波，運算符[X]+= max {χ，0}，即表示取
數(shù)值X和0中的較大值，前一個中間變量Φ〗 和后一個中間變量‘分別為
(3)式(3)中Ntl為系統(tǒng)中的單邊帶噪聲功率譜密度，信噪比間隙Γ是目標誤比特率 BER 的函數(shù)，Γ = -ln(5BER)/l. 5 ；根據(jù)中繼節(jié)點k到用戶m在子載波η上的發(fā)射功率公式⑴求得的中繼節(jié)點k到 用戶m在子載波η上的發(fā)射功率Wm的值，計算中繼節(jié)點k到用戶m在子載波η上的傳輸速
(4)根據(jù)中繼節(jié)點k到用戶m在子載波η上的傳輸速率公式(4)求得的傳輸速率心進 行子載波分配對于某個子載波η，首先選取瓦(O最大的(k，m)組合，即 然后將子載波η分配給選取的(k*，nf)，即分配給中繼節(jié)點k*到用戶nf的鏈路；定 義表示載波分配的指示變量PL ^ {0,1} ,pi = 1表示將載波η分配給中繼節(jié)點k到用戶m的 鏈路，否則，指示變量二 0，對于中繼節(jié)點k*到用戶m*的鏈路，指示變量代·〃 = 1，而對于中 繼節(jié)點k*到用戶nf以外的其他鏈路，即對于中繼節(jié)點k興k*到用戶m興nf的鏈路，指示變 量PL=O，用公式表示如下p"k,m. = 1, Pnkm =0,(6)則基站到中繼節(jié)點k在子載波η上的發(fā)射功率由下式算出K 二，當 時⑵
'求 I P'L 二、第四步更新迭代輪次i = i+Ι，并采用下面的式子更新中繼和基站功率調(diào)整因子
其中/Γ"表示中繼節(jié)點k的最大功率約束，/Tx表示基站的最大功率約束，O1G) 和a2(i)為迭代步長；第五步根據(jù)第四步中的中繼功率調(diào)整因子更新公式(8)和基站功率調(diào)整因子更 新公式(9)的計算結果，判斷發(fā)射功率是否收斂，如果不收斂，則返回第三步，如果收斂，進 入第六步；第六步對于用戶m = 1，. . .，M，根據(jù)前面第三步到第五步迭代計算得到的載波和 功率分配結果，按瞬時速率計算公式
K N 計算當前瞬時速率Rm (t)，并按平均速率I(/ + 1)計算公式 更新平均速率艮( + 1)，式中T為滑動窗口長度；第七步更新時隙t = t+Ι，返回第二步計算下一時隙的資源分配方案。附圖1為本發(fā)明正交頻分多址接入中繼通信系統(tǒng)的資源分配方法的原理框圖在 基站端，初始化步驟1在起始時刻初始化時隙編號t = 0，初始化各用戶的平均速率尺(0) 為非負值；信道更新步驟2初始化迭代輪次i = 0，初始化中繼功率調(diào)整因子yk(0)，k = 1，...，K和基站功率調(diào)整因子η (0)為非負數(shù)，更新信道狀態(tài)信息；資源分配步驟3對每個 子載波，分別按照中繼節(jié)點的發(fā)射功率計算公式(1)、前一個中間變量ΦΙ,的計算公式(2)、 后一個中間變量寂L的計算公式(3)計算中繼功率分配結果，之后按照傳輸速率公式(4)計 算鏈路速率，并根據(jù)鏈路選取公式(5)、載波分配公式(6)求得該載波分配結果，最后由基 站發(fā)射功率計算公式(7)得到基站功率分配結果；迭代步驟4更新迭代輪次i = i+Ι，并按 照中繼功率調(diào)整因子更新公式(8)、基站功率調(diào)整因子更新公式(9)分別更新中繼和基站 功率調(diào)整因子yk(i)和n(i)；收斂判別步驟5判斷發(fā)射功率是否收斂，如果不收斂，則返 回資源分配步驟3，如果收斂，進入速率更新步驟6 ；速率更新步驟6根據(jù)資源分配步驟3到 收斂判別步驟5迭代計算得到的載波和功率分配結果，按照瞬時速率計算公式(10)計算當 前瞬時速率，并按照平均速率更新公式(11)更新平均速率；時隙更新步驟7更新時隙t = t+Ι，返回信道更新步驟2計算下一時隙的資源分配方案。圖2為本發(fā)明正交頻分多址接入中繼通信系統(tǒng)的資源分配方法的硬件實現(xiàn)系統(tǒng) 示意圖，該實現(xiàn)系統(tǒng)包括MSC-51單片機A、外設接口 RS-232C、可擦除可編程只讀存儲器 EPROM和隨機存取存儲器RAM。將可擦除可編程只讀存儲器EPROM和隨機存取存儲器RAM 連接到單片機A上，單片機A與外設接口 RS-232C相互連接。實現(xiàn)系統(tǒng)的輸入?yún)?shù)包括各 系統(tǒng)參數(shù)B 有總帶寬W、子載波數(shù)目N、信噪比間隙Γ、噪聲功率譜密度Ntl、中繼最大功率約 束Zfax、基站最大功率約束巧Γ、中繼節(jié)點的數(shù)目K和用戶數(shù)目M ；還包括對于所有中繼節(jié)點k= [...，!(和用戶！!!= 1，...，M，在各子載波η = 1，...，N上的信道參數(shù)C:有基站到中 繼節(jié)點k在子載波η上由小尺度衰落產(chǎn)生的信道增益<、中繼節(jié)點k到用戶m在子載波η 上由小尺度衰落產(chǎn)生的信道增益/C、基站和中繼節(jié)點k之間的路徑損耗Isk以及中繼節(jié)點k 和用戶m之間的路徑損耗lkm。實現(xiàn)系統(tǒng)的輸出為對于所有中繼節(jié)點k = 1，. . .，K和用戶 m = 1，. . .，M，在各子載波η = 1，...，N上的資源分配結果D 有指示載波η是否分配給中 繼節(jié)點k到用戶m鏈路的載波分配指示變量PL、中繼節(jié)點k到用戶m在子載波η上的發(fā)射 功率PL以及基站到中繼節(jié)點k在子載波η上的發(fā)射功率。將系統(tǒng)參數(shù)B和信道參數(shù)C通 過外設接口 RS-232C輸入到單片機A，經(jīng)過運算處理得到資源分配結果D，結果由單片機A 通過外設接口 RS-232C輸出。將本發(fā)明的資源分配方法的性能與常用的一種采用啟發(fā)式算法的方法進行比較。 在對比的方法中，每個用戶選擇與其距離最近的中繼節(jié)點傳輸數(shù)據(jù)，采用貪婪算法進行子 載波分配，即將每個子載波分配給在其上信道條件最好的用戶，并且基站和各個中繼在它 們傳輸?shù)母鬏d波上平均分配功率。下面從系統(tǒng)吞吐量和用戶公平性兩方面來考察方法的性 能。附圖3給出了兩種算法下隨用戶數(shù)變化系統(tǒng)吞吐量的變化曲線。上面的曲線a為 采用本發(fā)明的資源分配方法得到的曲線，下面的曲線b為采用對比方法得到的曲線。從圖 中可以看出，在不同用戶數(shù)情況下，采用本發(fā)明的資源分配方法得到的系統(tǒng)吞吐量性能都 超過對比方法。這是因為本發(fā)明的方法為每個載波選擇合適的中繼，并且進行自適應分配 功率，提高了系統(tǒng)吞吐量。采用公平性因子來考察算法的公平性，定義公平性因子FI如下 其中瓦為用戶m經(jīng)過1000次資源分配的平均速率。當所有用戶平均速率相等時， 公平性因子的值為1。越接近1，說明用戶間公平性越好。附圖4給出了兩種算法在不同用戶數(shù)下公平性因子變化曲線，其中上面的曲線c 為采用本發(fā)明的資源分配方法得到的曲線，下面的曲線d為采用對比方法得到的曲線?？?見，在不同用戶數(shù)情況下，采用本發(fā)明的資源分配方法得到的用戶公平性因子均非常接近 1，說明當系統(tǒng)中具有不同數(shù)目用戶時，本發(fā)明的方法均能夠保證各用戶的平均速率近似相 等，具有近似嚴格的公平性。而從采用對比方法得到的公平性因子曲線中可以看出，隨著用 戶數(shù)增加，公平性迅速下降。這是因為對比方法采用貪婪算法分配載波，當用戶數(shù)增多時， 一些處于小區(qū)邊緣的用戶由于信道狀態(tài)差而一直無法獲得載波資源。
權利要求
一種正交頻分多址接入中繼系統(tǒng)的用戶公平資源分配方法，基站根據(jù)輸入的系統(tǒng)參數(shù)和信道參數(shù)，經(jīng)以下處理步驟，由單片機輸出得到的資源分配結果，其特征在于基站端依次執(zhí)行以下步驟第一步設時隙編號為t，對于系統(tǒng)中每一個用戶m＝1，...，M，以表示在時隙t計算得到的用戶m的平均速率，初始化在時隙t＝0時用戶m的平均速率為非負值，M為系統(tǒng)中的總用戶數(shù)；第二步設迭代輪次為i，對于每一個中繼節(jié)點k＝1，...，K，以μk(i)表示中繼節(jié)點k在迭代輪次i的功率調(diào)整因子，η(i)表示基站在迭代輪次i的功率調(diào)整因子，初始化中繼節(jié)點k在迭代輪次i＝0的功率調(diào)整因子μk(0)以及基站在迭代輪次i＝0的功率調(diào)整因子η(0)為非負數(shù)，K為系統(tǒng)中的中繼節(jié)點數(shù)；基站根據(jù)中繼節(jié)點反饋的信道狀態(tài)信息更新已存儲的信息對于所有的中繼節(jié)點k＝1，...，K，和用戶m＝1，...，M，更新基站到中繼節(jié)點k在子載波n上由小尺度衰落產(chǎn)生的信道增益更新中繼節(jié)點k到用戶m在子載波n上由小尺度衰落產(chǎn)生的信道增益更新基站和中繼節(jié)點k之間的路徑損耗lsk，更新中繼節(jié)點k和用戶m之間的路徑損耗lkm；第三步記系統(tǒng)中子載波總數(shù)為N，對于每一個子載波n＝1，...，N，根據(jù)當前各用戶的平均速率基站功率調(diào)整因子η(i)，中繼功率調(diào)整因子μk(i)，和基站到中繼節(jié)點k在子載波n上由小尺度衰落產(chǎn)生的信道增益中繼節(jié)點k到用戶m在子載波n上由小尺度衰落產(chǎn)生的信道增益基站和中繼節(jié)點k之間的路徑損耗lsk，中繼節(jié)點k和用戶m之間的路徑損耗，分別計算當前在該載波上的功率分配結果以及該載波在鏈路上的分配結果；由下式得出功率分配結果中繼節(jié)點k到用戶m在子載波n上的發(fā)射功率 <mrow><msubsup> <mi>p</mi> <mi>km</mi> 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<mn>2</mn></msub><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mfrac><mrow> <msubsup><mi>p</mi><mi>km</mi><mi>n</mi> </msubsup> <msub><mi>l</mi><mi>km</mi> </msub> <msup><mrow> <mo>|</mo> <msubsup><mi>h</mi><mi>km</mi><mi>n</mi> </msubsup> <mo>|</mo></mrow><mn>2</mn> </msup></mrow><mrow> <mi>ΓW</mi> <msub><mi>N</mi><mn>0</mn> </msub> <mo>/</mo> <mi>N</mi></mrow> </mfrac> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>根據(jù)中繼節(jié)點k到用戶m在子載波n上的傳輸速率公式(4)求得的傳輸速率進行子載波分配對于某個子載波n，首先選取最大的(k，m)組合，即 <mrow><mrow> <mo>(</mo> <msup><mi>k</mi><mo>*</mo> </msup> <mo>,</mo> <msup><mi>m</mi><mo>*</mo> </msup> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>arg</mi><munder> <mi>max</mi> <mrow><mi>k</mi><mo>,</mo><mi>m</mi> </mrow></munder><mfrac> <msubsup><mi>r</mi><mi>km</mi><mi>n</mi> </msubsup> <mrow><msub> <mover><mi>R</mi><mo>‾</mo> </mover> <mi>m</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>5</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>然后將子載波n分配給選取的(k*，m*)，即分配給中繼節(jié)點k*到用戶m*的鏈路；定義表示載波分配的指示變量表示將載波n分配給中繼節(jié)點k到用戶m的鏈路，否則，指示變量對于中繼節(jié)點k*到用戶m*的鏈路，指示變量而對于中繼節(jié)點k*到用戶m*以外的其他鏈路，即對于中繼節(jié)點k≠k*到用戶m≠m*的鏈路，指示變量用公式表示為 <mrow><msubsup> <mi>ρ</mi> <mrow><msup> <mi>k</mi> <mo>*</mo></msup><msup> <mi>m</mi> <mo>*</mo></msup> </mrow> <mi>n</mi></msubsup><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>,</mo><msubsup> <mi>ρ</mi> <mi>km</mi> <mi>n</mi></msubsup><mo>=</mo><mn>0</mn><mo>,</mo><mo>∀</mo><mi>k</mi><mo>≠</mo><msup> <mi>k</mi> <mo>*</mo></msup><mo>,</mo><mi>m</mi><mo>≠</mo><msup> <mi>m</mi> <mo>*</mo></msup><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>6</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>則基站到中繼節(jié)點k在子載波n上的發(fā)射功率由下式算出 <mrow><msubsup> <mi>p</mi> <mi>sk</mi> <mi>n</mi></msubsup><mo>=</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>l</mi> <mi>km</mi></msub><msup> <mrow><mo>|</mo><msubsup> <mi>h</mi> <mi>km</mi> <mi>n</mi></msubsup><mo>|</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup> </mrow> <mrow><msub> <mi>l</mi> 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<mo>)</mo></mrow><mo>]</mo> </mrow> <mo>+</mo></msup><mo>,</mo><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>,</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>,</mo><mi>K</mi><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>8</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><mi>η</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msup> <mrow><mo>[</mo><mi>η</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub> <mi>α</mi> <mn>2</mn></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>)</mo></mrow><mrow> <mo>(</mo> <msubsup><mi>P</mi><mi>BS</mi><mi>max</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <munderover><mi>Σ</mi><mrow> <mi>m</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn></mrow><mi>M</mi> </munderover> <munderover><mi>Σ</mi><mrow> <mi>k</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn></mrow><mi>K</mi> </munderover> <munderover><mi>Σ</mi><mrow> <mi>n</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn></mrow><mi>N</mi> </munderover> <msubsup><mi>p</mi><mi>sk</mi><mi>n</mi> </msubsup> <mo>)</mo></mrow><mo>]</mo> </mrow> <mo>+</mo></msup><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>9</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>其中表示中繼節(jié)點k的最大功率約束，表示基站的最大功率約束，α1(i)和α2(i)為迭代步長；第五步根據(jù)第四步中的中繼功率調(diào)整因子更新公式(8)和基站功率調(diào)整因子更新公式(9)的計算結果，判斷發(fā)射功率是否收斂，如果不收斂，則返回第三步，如果收斂，進入第六步；第六步對于用戶m＝1，...，M，根據(jù)前面第三步到第五步迭代計算得到的載波和功率分配結果，按瞬時速率計算公式 <mrow><msub> <mi>R</mi> <mi>m</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><munderover> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>K</mi></munderover><munderover> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>n</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>N</mi></munderover><msubsup> <mi>ρ</mi> <mi>km</mi> <mi>n</mi></msubsup><msubsup> <mi>r</mi> <mi>km</mi> <mi>n</mi></msubsup><mo>,</mo> </mrow>m＝1，...，M(10)計算當前瞬時速率Rm(t)，并按平均速率計算公式 <mrow><msub> <mover><mi>R</mi><mo>‾</mo> </mover> <mi>m</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mfrac><mn>1</mn><mi>T</mi> </mfrac> <mo>)</mo></mrow><msub> <mover><mi>R</mi><mo>‾</mo> </mover> <mi>m</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mi>T</mi></mfrac><msub> <mi>R</mi> <mi>m</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>11</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>更新平均速率式中T為滑動窗口長度；第七步更新時隙t＝t+1，返回第二步計算下一時隙的資源分配方案。FSA00000248410700011.tif,FSA00000248410700012.tif,FSA00000248410700013.tif,FSA00000248410700014.tif,FSA00000248410700015.tif,FSA00000248410700016.tif,FSA00000248410700017.tif,FSA00000248410700021.tif,FSA00000248410700022.tif,FSA00000248410700025.tif,FSA00000248410700027.tif,FSA00000248410700028.tif,FSA000002484107000210.tif,FSA000002484107000211.tif,FSA000002484107000212.tif,FSA000002484107000213.tif,FSA000002484107000214.tif,FSA00000248410700035.tif,FSA00000248410700036.tif,FSA00000248410700038.tif,FSA000002484107000310.tif
全文摘要
本發(fā)明公開了一種正交頻分多址接入中繼系統(tǒng)的用戶公平資源分配方法，特征是將中繼選擇、子載波分配和功率分配進行聯(lián)合優(yōu)化，為每個子載波選擇最合適的中繼，并將其分配給最優(yōu)的中繼-用戶鏈路，同時基站和各中繼在各個子載波上進行自適應功率分配，通過引入功率調(diào)整因子，經(jīng)過若干次迭代，保證總功率收斂，以優(yōu)化系統(tǒng)的吞吐量。在選擇最優(yōu)鏈路時以保證用戶間公平性為目標，進行功率分配的時以用戶的平均速率作為其中一個考察變量。本發(fā)明方法在優(yōu)化系統(tǒng)吞吐量的同時，能夠保證用戶間具有近似嚴格的公平性。
文檔編號H04L27/26GK101917768SQ201010266609
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月25日 優(yōu)先權日2010年8月25日
發(fā)明者劉暢, 周武旸, 張四海, 秦曉衛(wèi) 申請人:中國科學技術大學