專利名稱：多用戶協(xié)同ofdm系統(tǒng)資源分配方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及協(xié)同通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種多用戶協(xié)同OFDM系統(tǒng)資源分配方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，越來越豐富的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，致使移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展迅速。與此同時(shí)，高速數(shù)據(jù)給傳統(tǒng)的蜂窩通信系統(tǒng)增加了挑戰(zhàn)。如何利用現(xiàn)有的基站和終端，通過合理的資源分配，滿足各個(gè)用戶不同的業(yè)務(wù)要求，已成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。因?yàn)樵贚TE-Advanced (Long TermEvolution-Advanced))系統(tǒng)中增加了協(xié)同中繼技術(shù)，系統(tǒng)可以利用空間分集來以最小的功 耗增大系統(tǒng)容量。Van der Meulen等首先提出通過協(xié)同通信，可以提高頻譜利用率，增強(qiáng)無線網(wǎng)絡(luò)的可靠性。Laneman等提出了固定中繼、選擇中繼等協(xié)同方式，并推導(dǎo)了中斷概率和系統(tǒng)容量。協(xié)同通信的核心是利用虛擬天線分集，增加系統(tǒng)容量。具體而言就是在空間上，利用用戶周圍的手機(jī)終端的天線，形成一個(gè)VAA(Virtual Antenna Array,虛擬天線陣列),針對(duì)信道特性，源節(jié)點(diǎn)在和目的節(jié)點(diǎn)通信的同時(shí)，也可以把一部分信息分配給那些通過中繼鏈路能夠節(jié)約功率的子載波。通過該方法用戶不需要多天線就可以達(dá)到更高的速率。目前OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing,即正交頻分復(fù)用技術(shù))協(xié)同通信是一個(gè)在IEEE802. 16中正在完善的標(biāo)準(zhǔn)。OFDM系統(tǒng)擁有很多子載波，并且子載波之間是正交的。同時(shí)每個(gè)子載波是窄帶的，在深度衰落的情況下，平均在單個(gè)窄帶子載波上，可以近似為平坦性衰落。這樣可以允許用戶根據(jù)自身信道特點(diǎn)，自適應(yīng)的選擇子載波來通信。例如，一個(gè)子載波對(duì)一個(gè)用戶是深度衰落，有可能對(duì)其他用戶是較好的選擇。因此OFDM系統(tǒng)能更充分利用有限的頻譜資源，特別是在3G以及LTE中，OFDM都是一項(xiàng)基本的技術(shù)。目前，對(duì)協(xié)同通信中的資源分配的研究還并不太多。在論文Yidong Lang, Dirk W llbben, and Karl-Dirk Kammeyer, “Efficient PowerAllocation for Outage Restricted Asymmetric Distributed MIMO Multi-hopNetworks，，，Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, 2008 (PIMRC2008), IEEE International Symposium on. pp. 1-5, doi:10. 1109/PIMRC. 2008. 4699758中，分析了在分布式多跳對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)中的端到端的中斷概率，并在中斷概率一定的情況下使總功率最小。但是該論文沒有考慮源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間的通信。論文Bo Gui and LeonardJ. Cimini, Jr. “Resource Allocation Algorithms for Multiuser Cooperative OFDMASystems with Subchannel Permutation，，Information Sciences and Systems, 2008. CISS 2008. 42nd Annual Conference on.19-2IMarch 2008. pp. 692-697, doi:10. 1109/CISS. 2008. 4558611考慮了源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間的通信，但是其中的等比特分配算法不能根據(jù)各個(gè)子載波的信道增益調(diào)整分配方式，造成功率的浪費(fèi)，降低了吞吐量。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何提供一種多用戶協(xié)同OFDM系統(tǒng)資源分配方法及系統(tǒng)，在功率一定的情況下，提高 OFDM系統(tǒng)的吞吐量。(二)技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種多用戶協(xié)同OFDM系統(tǒng)資源分配方法，其包括步驟A :根據(jù)信道增益確定源節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息時(shí)所采用的子載波的傳輸模式；所述傳輸模式包括直傳模式和協(xié)同模式；B :當(dāng)所述子載波的傳輸模式為協(xié)同模式時(shí)，確定相應(yīng)的中繼節(jié)點(diǎn)，以及所述中繼節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的后段子載波；C :根據(jù)所述子載波的傳輸模式，以及所述中繼節(jié)點(diǎn)和所述后段子載波，采用遺傳算法為所述子載波分配相應(yīng)數(shù)量的比特。優(yōu)選地，所述步驟A具體包括步驟Al :計(jì)算當(dāng)前子載波i從源節(jié)點(diǎn)到第k個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的信道增益Gs',' CO和當(dāng)前子載波i從第k個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的信道增益中的較小值
權(quán)利要求
1.一種多用戶協(xié)同OFDM系統(tǒng)資源分配方法，其特征在于，包括步驟 A :根據(jù)信道增益確定源節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息時(shí)所采用的子載波的傳輸模式；所述傳輸模式包括直傳模式和協(xié)同模式； B :當(dāng)所述子載波的傳輸模式為協(xié)同模式時(shí)，確定相應(yīng)的中繼節(jié)點(diǎn)，以及所述中繼節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的后段子載波； C :根據(jù)所述子載波的傳輸模式，以及所述中繼節(jié)點(diǎn)和所述后段子載波，采用遺傳算法為所述子載波分配相應(yīng)數(shù)量的比特。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟A具體包括步驟 Al :計(jì)算當(dāng)前子載波i從源節(jié)點(diǎn)到第k個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的信道增益和當(dāng)前子載波i從第k個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的信道增益句中的較小值min{ Gsn (i), Griifd(i) }； A2 :判斷當(dāng)前子載波i從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的信道增益Gs, d(i)是否小于所述較小值ITiin {(、(OMrJi))，如果是,判定當(dāng)前子載波i的傳輸模式為協(xié)同模式;否則，判定當(dāng)前子載波i的傳輸模式為直傳模式； A3 :重復(fù)執(zhí)行所述步驟Al至A2，直至所有的子載波的傳輸模式均被確定。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟B具體包括步驟 BI :將所述步驟A中確定的傳輸模式為協(xié)同模式的子載波記作前段子載波； B2 :對(duì)于當(dāng)前前段子載波m，依次從所有所述子載波中選取當(dāng)前子載波j ;其中，m的初值為1，并且m<M，M表示所述前段子載波的總數(shù)；j的初值為1，并且j <N，N表示所述子載波的總數(shù)； B3 :對(duì)于當(dāng)前子載波j，依次從所有中繼節(jié)點(diǎn)中選取當(dāng)前中繼節(jié)點(diǎn)k，然后分別計(jì)算相應(yīng)的等效信道增益；其中，k的初值為1，并且k < K，K表示所述中繼節(jié)點(diǎn)的總數(shù)； B4 :對(duì)于當(dāng)前前段子載波m，找到一個(gè)子載波與中繼節(jié)點(diǎn)的組合使得所述等效信道增益取得最大值，將所述組合中的子載波作為當(dāng)前前段子載波m對(duì)應(yīng)的后段子載波，將所述組合中的中繼節(jié)點(diǎn)作為當(dāng)前前段子載波m對(duì)應(yīng)的中繼節(jié)點(diǎn)； B5 :重復(fù)執(zhí)行所述步驟B2、4，直至所有的前段子載波均找到相應(yīng)的后段子載波和中繼節(jié)點(diǎn)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟B3中，所述等效信道增益的計(jì)算公式如下 其中，Gm(m)表示所述等效信道增益表示子載波m從源節(jié)點(diǎn)到第k個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的信道增益'Grh 伋表示子載波j從第k個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的信道增益；GS, d(m)表示子載波m從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的信道增益。
5.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟C具體包括步驟 Cl :設(shè)置遺傳算法的初始化參數(shù)，所述初始化參數(shù)包括總功率、種群個(gè)體數(shù)、代溝參數(shù)、基準(zhǔn)值、交叉概率、變異概率、最大迭代次數(shù)，以及個(gè)體的染色體數(shù)，并且所述染色體數(shù)等于所述子載波的總數(shù)； C2 :創(chuàng)建初始種群作為當(dāng)前種群；所述初始種群中每個(gè)個(gè)體的染色體的值映射為每個(gè)所述子載波所分配的比特的數(shù)量，并且所述染色體的值介于O至所述基準(zhǔn)值之間； C3 :根據(jù)所述步驟A確定的所述子載波的傳輸模式，以及所述步驟B中確定的所述中繼節(jié)點(diǎn)和所述后段子載波，在所述總功率的限制條件下，計(jì)算當(dāng)前種群中各個(gè)個(gè)體的總速率，作為當(dāng)前種群的目標(biāo)值； C4:根據(jù)當(dāng)前種群的目標(biāo)值計(jì)算當(dāng)前種群中各個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度，選出適應(yīng)度最大的個(gè)體； C5 :判斷迭代次數(shù)是否達(dá)到所述最大迭代次數(shù)，如果是，按照適應(yīng)度最大的個(gè)體中染色體的值為所述子載波分配相應(yīng)數(shù)量的比特，結(jié)束流程；否則，執(zhí)行步驟C6 ； C6 :根據(jù)當(dāng)前種群中各個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度，對(duì)當(dāng)前種群進(jìn)行選擇操作； C7 :按照所述交叉概率對(duì)選擇操作后的當(dāng)前種群進(jìn)行交叉操作； CS:按照所述變異概率對(duì)交叉操作后的當(dāng)前種群進(jìn)行變異操作，得到新的種群，執(zhí)行所述步驟C3。
6.一種多用戶協(xié)同OFDM系統(tǒng)資源分配系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括 模式確定單元，用于根據(jù)信道增益確定源節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息時(shí)所采用的子載波的傳輸模式；所述傳輸模式包括直傳模式和協(xié)同模式； 協(xié)同模式單元，用于當(dāng)所述子載波的傳輸模式為協(xié)同模式時(shí)，確定相應(yīng)的中繼節(jié)點(diǎn)，以及所述中繼節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的后段子載波； 比特分配單元，用于根據(jù)所述子載波的傳輸模式，以及所述中繼節(jié)點(diǎn)和所述后段子載波，采用遺傳算法為所述子載波分配相應(yīng)數(shù)量的比特。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述模式確定單元包括 較小值模塊，用于計(jì)算當(dāng)前子載波i從源節(jié)點(diǎn)到第k個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的信道增益 句和當(dāng)前子載波i從第k個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的信道增益中的較小值min( Cs,, H) fivk ,dCO }； 模式判定模塊，用于在當(dāng)前子載波i從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的信道增益Gs,d(i)小于所述較小值HiirHGwi尚)時(shí)，判定子載波i的傳輸模式為協(xié)同模式；以及，在當(dāng)前子載波i從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的信道增益Gs,d(i)大于等于所述較小值用，Gy淨(jìng)}時(shí)，判定子載波i的傳輸模式為直傳模式。
8.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述比特分配單元包括 初始化模塊，用于設(shè)置遺傳算法的初始化參數(shù)，所述初始化參數(shù)包括總功率、種群個(gè)體數(shù)、代溝參數(shù)、基準(zhǔn)值、交叉概率、變異概率、最大迭代次數(shù)，以及個(gè)體的染色體數(shù)，并且所述染色體數(shù)等于所述子載波的總數(shù)； 初始種群創(chuàng)建模塊，用于創(chuàng)建初始種群，并提供給目標(biāo)值計(jì)算模塊；所述初始種群中每個(gè)個(gè)體的染色體的值映射為每個(gè)所述子載波所分配的比特的數(shù)量，并且所述染色體的值介于0至所述基準(zhǔn)值之間； 所述目標(biāo)值計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述子載波的傳輸模式，以及所述中繼節(jié)點(diǎn)和所述后段子載波，在所述總功率限制條件下，計(jì)算當(dāng)前種群中各個(gè)個(gè)體的總速率，作為當(dāng)前種群的目標(biāo)值； 適應(yīng)度計(jì)算模塊，用于根據(jù)當(dāng)前種群的目標(biāo)值計(jì)算當(dāng)前種群中各個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度，并選出適應(yīng)度最大的個(gè)體； 比特分配模塊，用于記錄迭代次數(shù)，并在迭代次數(shù)達(dá)到所述最大迭代次數(shù)時(shí)，按照適應(yīng)度最大的個(gè)體中染色體的值為所述子載波分配相應(yīng)數(shù)量的比特； 選擇模塊，用于根據(jù)當(dāng)前種群中各個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度，對(duì)當(dāng)前種群進(jìn)行選擇操作； 交叉模塊，用于按照所述交叉概率對(duì)選擇操作后的當(dāng)前種群進(jìn)行交叉操作； 變異模塊，用于按照所述變異概率對(duì)交叉操作后的當(dāng)前種群進(jìn)行變異操作，得到新的種群，提供給所述目標(biāo)值計(jì)算模塊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多用戶協(xié)同OFDM系統(tǒng)資源分配方法及系統(tǒng)，涉及協(xié)同通信技術(shù)領(lǐng)域。所述方法包括步驟根據(jù)信道增益確定源節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息時(shí)所采用的子載波的傳輸模式；傳輸模式包括直傳模式和協(xié)同模式；當(dāng)子載波的傳輸模式為協(xié)同模式時(shí)，確定相應(yīng)的中繼節(jié)點(diǎn)，以及中繼節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的后段子載波；根據(jù)子載波的傳輸模式，以及中繼節(jié)點(diǎn)和后段子載波，采用遺傳算法為子載波分配相應(yīng)數(shù)量的比特。所述方法及系統(tǒng)，在功率一定的情況下，可以顯著提高OFDM系統(tǒng)的吞吐量，具有廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)H04L27/26GK102752256SQ20121020242
公開日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月15日
發(fā)明者侯賓, 俎云霄, 劉剛, 張勇, 李喆, 李巍海, 毛識(shí)博, 蔣于岸, 賈越, 鄭建濤, 鐘昕城, 陳自強(qiáng), 高婧 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)