專利名稱：一種多用戶ofdm 資源分配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種OFDM資源分配技術(shù)，尤其是涉及ー種多用戶OFDM資源分配方法。
背景技術(shù)：
隨著用戶對多媒體業(yè)務(wù)需求的増加和互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展，下一代無線通信系統(tǒng)必須采用效率更高、抗干擾能力更強的新型技木。而在當前提供的高速無線傳輸解決方案中，正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,0FDM)技術(shù)由于其頻譜利用率高、抗衰落能力強，且在頻率選擇性衰落中能進行高速傳輸?shù)葍?yōu)勢被認為最有前途的方案之一。OFDM系統(tǒng)中資源分配問題是保證用戶服務(wù)質(zhì)量、提高系統(tǒng)容量和頻譜利用率的重要手段，成為很多學者研究的熱點。在OFDM系統(tǒng)中，子載波、比特、功率都是可以優(yōu)化使用的資源，需要合理的分配才 能使OFDM系統(tǒng)達到最佳性能。根據(jù)優(yōu)化目標的不同，OFDM自適應(yīng)資源分配分為速率自適應(yīng)(Rate Adaptive, RA)和邊緣自適應(yīng)(Margin Adaptive,MA)兩個優(yōu)化準則。RA準則為OFDM系統(tǒng)的總發(fā)射功率一定，在滿足誤比特率要求的條件下，調(diào)整功率分配，使OFDM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率達到最大；MA準則為OFDM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率一定，在滿足誤比特率要求的條件下，自適應(yīng)分配比特，使整個OFDM系統(tǒng)的發(fā)射功率最小。針對RA問題，許多典型的OFDM自適應(yīng)資源分配方法被提出，如基于最大-最小準則的公平資源分配方法、基于比例公平的分配資源方法、基于權(quán)重的資源分配方法等，這些方法在考慮OFDM系統(tǒng)容量的同時還兼顧了用戶的公平性。針對MA問題，由于其聯(lián)合優(yōu)化問題是很復(fù)雜的，因此很多研究工作是著重于尋找性能次優(yōu)、復(fù)雜度較低的方法，總體可分為凸優(yōu)化方法、啟發(fā)式方法及分布式方法三種，其中，凸優(yōu)化方法是利用凸優(yōu)化理論中的對偶理論、分解理論將一個復(fù)雜的問題轉(zhuǎn)化為若干個獨立的子問題，并通過對子問題的求解獲得原問題的解；啟發(fā)式方法是利用仿生算法，如遺傳算法、蟻群算法、粒子群算法等，追求在一定復(fù)雜度下求得問題的近似解；分布式方法是將功率、比特及子載波聯(lián)合分配的問題分別進行考慮，固定其中某種資源分配方式，對其余的資源進行分配。其中，比較經(jīng)典的一種資源分布式方法是BABS ACG方法，該方法的主要過程大致為第一步資源分配，根據(jù)用戶的平均信道增益確定每個用戶應(yīng)該分配的子載波數(shù)目；第二步子載波分配，在第一歩為每個用戶確定子載波數(shù)目的基礎(chǔ)上為其分配具體的子載波；最后在每個用戶分配的子載波上進行單用戶的功率和比特分配。然而，該方法為每個用戶分配子載波數(shù)目時是逐個分配的，直到所有的子載波分配完畢，當子載波數(shù)量很大，而用戶數(shù)量相對較小時，這種分配方式的效率是很低的，而且針對子載波分配，實際中還存在這樣的問題如果某個用戶需要的子載波數(shù)很多，而這個用戶在大部分子載波上的増益與其他用戶在這些子載波上的増益相比都不是最大的，那么將可能導致該用戶會被分配信道增益很小的子載波。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供ー種多用戶OFDM資源分配方法，其能夠有效提高分配效率、降低OFDM系統(tǒng)的復(fù)雜度，而且能夠很好地滿足每個用戶的誤比特率及最低比特要求，能夠為信道條件較差的用戶分配信道増益較大的子載波。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為ー種多用戶OFDM資源分配方法，其特征在于包括以下步驟①根據(jù)每個用戶在每個OFDM符號內(nèi)要求的最低比特數(shù)目，確定預(yù)分配給每個用戶的子載波數(shù)目，將預(yù)分配給第k個用戶的子載波數(shù)目記為Nk’，其中，I < k < K，K表示用戶總數(shù)；②根據(jù)預(yù)分配給每個用戶的子載波數(shù)目和每個用戶的平均信道増益，并利用能量有效化條件，對預(yù)分配給每個用戶的子載波數(shù)目進行調(diào)整，得到最終分配給每個用戶的子
載波數(shù)目，將最終分配給第k個用戶的子載波數(shù)目記為Mk，ΣΜκ = #，其中，N表示子載波
總數(shù)；③根據(jù)最終分配給每個用戶的子載波數(shù)目，為每個用戶找出最優(yōu)的信道對應(yīng)的子載波；④根據(jù)步驟③分配給每個用戶的子載波和每個用戶在每個OFDM符號內(nèi)要求的最低比特數(shù)目，確定平均預(yù)分配給每個用戶在分配給其的每個子載波上的比特數(shù)，然后對剩余的未被分配的比特數(shù)進行隨機分配，對于第k個用戶，將平均預(yù)分配給其在Mk個子載波
中的每個子載波上的比特數(shù)記為' b'k= r^m ，然后將剩余的乳個比特數(shù)
在Mk個子載波上隨機分配，將預(yù)分配給第k個用戶在Mk個子載波中的第i個子載波上的比
Mk
特數(shù)記為がニ盡，其中，も表示第k個用戶在每個OFDM符號內(nèi)要求的最低比特數(shù)目，tI為向下取整符號；⑤利用能量有效化條件，對步驟④確定的預(yù)分配給每個用戶在其的每個子載波上的比特數(shù)進行調(diào)整，得到最終分配給每個用戶在分配給其的每個子載波上的比特數(shù)，對于第k個用戶在Mk個子載波中的第i個子載波上，將最終分配給其的比特數(shù)記為Rい
Σ及::ニ凡。
·=Ι所述的步驟①中確定預(yù)分配給每個用戶的子載波數(shù)目的具體過程為①-I、假設(shè)K個用戶在每個OFDM符號內(nèi)要求的最低比特數(shù)目分別為Ri，R2，…,Rk,…，Rk，則確定初始分配給K個用戶的子載波數(shù)目分別為N1, N2, - ,Nk,…，Nk，對于K個用戶中的第k個用戶，根據(jù)其在每個OFDM符號內(nèi)要求的最低比特數(shù)目Rk，確定初始分配給其
的子載波數(shù)目Nk= NxRkZJ^Ri，其中，I彡k彡K，K表示用戶總數(shù)，R1表示第I個用戶
_ /=1 _
在每個OFDM符號內(nèi)要求的最低比特數(shù)目，R2表示第2個用戶在每個OFDM符號內(nèi)要求的最低比特數(shù)目，Rk表示第K個用戶在每個OFDM符號內(nèi)要求的最低比特數(shù)目，N1表示初始分配給第I個用戶的子載波數(shù)目，N2表示初始分配給第2個用戶的子載波數(shù)目，Nk表示初始分配給第K個用戶的子載波數(shù)目，“L」”為向下取整符號，N表示子載波總數(shù)，Ri表示第i個用戶在每個OFDM符號內(nèi)要求的最低比特數(shù)目；
①-2、根據(jù)初始分配給K個用戶的子載波數(shù)目，計算初始末被分配的子載波數(shù)目，記為 ν*，λτ=#-ΣΜ;①-3、將初始未被分配的子載波數(shù)目N*隨機分配給K個用戶，得到預(yù)分配給每個用戶的子載波數(shù)目，將預(yù)分配給第k個用戶的子載波數(shù)目記為Nk’。所述的步驟②中最終分配給每個用戶的子載波數(shù)目的獲取過程為②-I、根據(jù)每個用戶在每個OFDM符號內(nèi)要求的最低比特數(shù)目和預(yù)分配給每個用戶的子載波數(shù)目，計算每個用戶在預(yù)分配給其的子載波數(shù)目上分配的平均比特數(shù)，對于第k個用戶，將第k個用戶在預(yù)分配給其的子載波數(shù)目Nk’上分配的平均比特數(shù)記為Ik ’ か=^7，其中，I彡k彡K，K表示用戶總數(shù)，Rk表示第k個用戶在每個OFDM符號內(nèi)要求的
最低比特數(shù)目，Nk’表示預(yù)分配給第k個用戶的子載波數(shù)目；②_2、計算每個用戶的平均信道増益，對于第k個用戶，將其平均信道増益記為gk, =Σ=|&υ|ζ#，其中，N表示子載波總數(shù)，表示第k個用戶在第η個子載波上的信道増益幅度值，符號“ I I ”為絕對值符號；②_3、根據(jù)每個用戶在預(yù)分配給其的子載波數(shù)目上分配的平均比特數(shù)和每個用戶的平均信道増益，分別計算每個用戶在預(yù)分配給其的子載波數(shù)目上減少ー個子載波、増加一個子載波所帯來的功率差值，對于第k個用戶，將第k個用戶在預(yù)分配給其的子載波數(shù)目Nk'上減少一個子載波、増加一個子載波所帯來的功率差值對
應(yīng)的記為 Δ e (N；)和 Δ e (N； +1)，,)=丄 x f(bk) - (，^ x/(—f~)，
&& Nk-I
=ix/而)，其中， 、表示當信道增益為I時第k個
Sk Nk +1 SkJibk)
用戶在Nk’個子載波的每個子載波上加載比特所需的功率，/(JT^)表示當信道增
益為I時第k個用戶在Nk’ -I個子載波的每個子載波上加載個比特所需的功率，
八表示當信道增益為1時第k個用戶在Nk’+1個子載波的_個子載波上加載-J^1個比特所需的功率；②-4、判斷所有用戶是否滿足能量有效化條件')] <'+I)]
(i，j e {1，2，...，K})，如果滿足，則確定最終分配給每個用戶的子載波數(shù)目，將最終分配給第k個用戶的子載波數(shù)目記為Mk，Mk=Nk’，否則，繼續(xù)執(zhí)行步驟②-5，其中，Mk=Nk’中的“=”為賦值符號，Λ e (N/)表示第i個用戶在子載波數(shù)目N/上減少一個子載波所帯來的功率差值，Δ e (N； +1)表示第j個用戶在子載波數(shù)目N/上増加一個子載波所帯來的功率差值，max[At;(AV)]表示在所有用戶中第i個用戶在子載波數(shù)目N/上減少一個子載波所帯來的
功率差值A(chǔ)e (N/)是最大的，表示在所有用戶中第j個用戶在子載波數(shù)目N；上増加一個子載波所帯來的功率差值A(chǔ)e(N/+l)是最小的；
②-5 ,然后對
和 Δθ(Ν/+1)進行更新， ，
再返回步驟②-4 繼續(xù)執(zhí)行，其中，
隊’嗎’-丨和^’嗎’+丄中的“ニ”為賦值符號，ん表示第i個用戶在子載波數(shù)目N/上分配的平均比特數(shù)，も表示第j個用戶在子載波數(shù)目N/上分配的平均比特數(shù)，Ri表示第i個用戶在每個OFDM符號內(nèi)要求的最低比特數(shù)目，も表示第j個用戶在每個OFDM符號內(nèi)要求的最低比特數(shù)目，Ae(N/+l)表示第i個用戶在子載波數(shù)目N/上増加一個子載波所帯來的功率差值，Λ e(N/)表示第j個用戶在子載波數(shù)目N/上減少一個子載波所帯來的功率差值，gi和分別表示第i個用戶和第j個用戶的平均信道増益，/床)表示當信道増益
為I時第i個用戶在Ni’個子載波的每個子載波上加載^個比特所需的功率，表
示當信道增益為I時第i個用戶在N/ -I個子載波的每個子載波上加載個比特所需的功率，ブ(·^)表示當信道增益為I時第i個用戶在K +1個子載波的每個子載波上加載IiArr個比特所需的功率，,(τ、表示當信道增益為I時第j個用戶在N；個子載波的 )
每個子載波上加載個比特所需的功率，/(^b)表示當信道增益為I時第j個用戶在
N/-I個子載波的每個子載波上加載個比特所需的功率， 表示當信道増益
為I時第j個用戶在N/ +1個子載波的每個子載波上加載個比特所需的功率。所述的步驟③的具體過程為③-I、將K個用戶在與N個信道--對應(yīng)的N個子載波上的信道增益矩陣記為KxN，其中，I ^ k ^ K, K表示用戶總數(shù)，I彡η彡N，N表示子載波總數(shù)，gk，n為[gk,n]KxN中的第k行第η列的元素，其表示第k個用戶在與第η個信道對應(yīng)的子載波上的信道増益幅度值；
③-2、從[gk，n]KxN中為K個用戶中的每個用戶找出與最終分配給每個用戶的子載波數(shù)目相同個數(shù)的且值相對最大的信道増益幅度值，對于第k個用戶，從[gk,n]KxN中找出Mk個值相對最大的信道増益幅度值；③_3、根據(jù)找出的每個用戶對應(yīng)的所有值相對最大的信道増益幅度值，為每個用戶首次分配子載波，對于第k個用戶，將找出的Mk個值相對最大的信道増益幅度值一一對應(yīng)的Mk個信道中由第k個用戶唯一占有的Iq個信道一一對應(yīng)的N個子載波分配給第k個用戶，并根據(jù)Mk計算第k個用戶還需要的子載波數(shù)目，記為NN'Ck =Mk-Nct ;③_4、從剩下的被多個用戶同時占有或未被任何一 用戶占有的所有信道中，找出每個信道對應(yīng)的值最大的信道増益幅度值，并將該信道對應(yīng)的子載波分配給該信道對應(yīng)的值最大的信道増益幅度值所對應(yīng)的用戶，假設(shè)第η*個信道被多個用戶同時占有或未被任何一個用戶占有，并假設(shè)第η*個信道對應(yīng)的值最大的信道増益幅度值為，則將第η*個信道對應(yīng)的子載波分配給第k個用戶，其中，I < η* < N ;③_5、判斷分配給每個用戶的子載波的個數(shù)是否已達到步驟②中確定的最終分配給每個用戶的子載波數(shù)目，如果是，則認為該用戶不能再要求分配額外的子載波，然后執(zhí)行步驟④，否則，返回步驟③_4繼續(xù)執(zhí)行。所述的步驟⑤中最終分配給第k個用戶在分配給其的第i個子載波上的比特數(shù)<的獲取過程為⑤-I、令$的初始值為& ,計算第k個用戶在分配給其的第i個子載波上的比特數(shù)為ぺ時與第k個用戶在分配給其的第i個子載波上減少一個比特數(shù)后的功率差值，記為4(成),4(和)=/(巧:)/‘-/(和-1)/‘，其中，/(巧:)表示當信道增益為I時第k個用戶在分配給其的第i個子載波上的比特數(shù)為$時的功率，/(死-I)表示當信道增益為I時第k個用戶在分配給其的第i個子載波上減少一個比特數(shù)后的功率，gk,i表示第k個用戶在分配給其的第i個子載波上的信道増益幅度值；⑤_2、計算第k個用戶在分配給其的第i個子載波上増加一個比特數(shù)后與第k個用戶在分配給其的第i個子載波上的比特數(shù)為 <時的功率差值，記為ci人R;'+\)，4_(Λ;+1) = /(^+1)/‘,-/(巧:)/‘，其中，/(^+1)表示當信道增益為I時第k個用戶在分配給其的第i個子載波上増加一個比特數(shù)后的功率；
maxf (ζ (Ιζ1 ) <η ηΓ< (R +1)1⑤-3、判斷第k個用戶是否滿足能量有效化條件》し1》しんa J,
如果滿足，則確定最終分配給第k個用戶在分配給其的第i個子載波上的比特數(shù)為R否貝IJ，繼續(xù)執(zhí)行步驟⑤_4，其中，表示第k個用戶在分配給其的第m個子載波上的比特數(shù)，式"表示第k個用戶在分配給其的第η個子載波上的比特數(shù)，的初始值為ザ，和!的初始值為￥，<*(疋*)表示第k個用戶在分配給其的第m個子載波上的比特數(shù)為iC時與第k個用戶在分配給其的第m個子載波上減少一個比特數(shù)后的功率差值，<(和+1)表示第k個用戶在分配給其的第η個子載波上増加一個比特數(shù)后與第k個用戶在分配給其的第η個子載波
上的比特數(shù)為ぢ時的功率差值，表示第k個用戶在Mk個子載波中的第m個子載波上増加一個比特數(shù)后與第k個用戶在分配給其的第m個子載波上的比特數(shù)為ち"時
的功率差值是最大的，和+1)]表示第k個用戶在Mk個子載波中的第η個子
載波上増加一個比特數(shù)后與第k個用戶在分配給其的第η個子載波上的比特數(shù)為扣時的功率差值《(和+1)是最小的；⑤-4、令式"=《+1;=疋-1,然后對<(C)、<K+1)、<(和)和 el{Rl+m行更新，<(R『)= f(RD/glm -f'(K -D/gL ' :(和 +1)=AK+ο/gL-m)!gi, <(K)=mi)/gL -m -1)/gL，<(和+1) = /(疋+1)/も-/(和)/gし再返回步驟⑤-3繼續(xù)執(zhí)行，其中，=<+1，和=疋-沖的“=”為賦值符號，く (W+1)表示第k個用戶在分配給其的第m個
子載波上増加一個比特數(shù)后與第k個用戶在分配給其的第m個子載波上的比特數(shù)為R1時的功率差值，<(疋)表示第k個用戶在分配給其的第η個子載波上的比特數(shù)為和時與第k個用戶在分配給其的第η個子載波上減少一個比特數(shù)后的功率差值，/ΧΑΓ)表示當信道增益為I時第k個用戶在分配給其的第m個子載波上的比特數(shù)為時的功率，/(《-I)表示當信道增益為I時第k個用戶在分配給其的第m個子載波上減少一個比特數(shù)后的功率，/ +O表示當信道增益為I時第k個用戶在分配給其的第m個子載波上増加一個比特數(shù)后的功率，ブ(疋)表示當信道增益為I時第k個用戶在分配給其的第η個子載波上的比特數(shù)為$時的功率，/(冗-1)表示當信道增益為I時第k個用戶在分配給其的第η個子載波上減少一個比特數(shù)后的功率，/(和+1)表示當信道增益為I時第k個用戶在分配給其的第η個子載波上増加一個比特數(shù)后的功率，gk,ffl和gk,n分別表示第k個用戶在分配給其的第m個子載波和第η個子載波上的信道増益幅度值。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于本發(fā)明方法在給每個用戶分配子載波數(shù)目的過程中，是先根據(jù)每個用戶在每個OFDM符號內(nèi)要求的最低比特數(shù)目給每個用戶分配子載波數(shù)目，然后利用能量有效化條件調(diào)整分配給每個用戶的子載波數(shù)目，使每個用戶被分配合適的子載波數(shù)目，相對于現(xiàn)有的BABS-ACG方法，本發(fā)明方法在子載波數(shù)目很多吋，效率會明顯提高；在子載波分配過程中，是根據(jù)用戶對應(yīng)的信道増益矩陣，從橫向、縱向找最優(yōu)的子載波分配，相比BABS-ACG方法僅從縱向找子載波分配，性能更好，這是因為在子載波分配過程中能夠使得信道條件較差的用戶也能分配信道増益較大的子載波；在比特分配過程中，是先在每個用戶所分配的子載波上平均分配，再根據(jù)能量有效化條件進行調(diào)整，使得每個用戶達到最優(yōu)功率分配，相對于BABS-ACG方法中最優(yōu)的貪婪算法比特加載，效率也會提高；因此，本發(fā)明方法不僅能滿足各用戶的誤比特率及最低比特要求，而且能夠有效地降低系統(tǒng)的復(fù)雜度，仿真結(jié)果表明，在同樣滿足用戶誤比特率及最低比特要求的條件下，本發(fā)明方法與現(xiàn)有的BABS-ACG方法相比功率可減小I 3dB。


圖I為不同用戶條件下，在滿足相同的誤比特率及用戶最低比特要求時本發(fā)明方法與現(xiàn)有的經(jīng)典分布式BABS-ACG方法及靜態(tài)分配0FDM-FDMA方法的傳輸功率比較示意圖；圖2為用戶數(shù)為8，不同傳輸功率條件下，本發(fā)明方法與現(xiàn)有的經(jīng)典分布式BABS-ACG方法及靜態(tài)分配OFDM-FDMA方法的誤比特率與傳輸功率關(guān)系示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進ー步詳細描述。本發(fā)明提出的ー種多用戶OFDM資源分配方法的目標是最小化系統(tǒng)的功率，同時滿足不同用戶的誤比特率及最低比特要求，其是建立在OFDM下行鏈路的
N K
最優(yōu)資源分配模型的基礎(chǔ)上的，最優(yōu)資源分配模型如下パら)，
ck^ n=l A-=I gk,
S.!. y> /I, k = 1,2,...,い I
-” r t ,丨其中，N為總的子載波數(shù)，K為總的用戶數(shù)，Ckn為第
TckjlClii =0, k,l = 1,2,...,K,k (b)’
k個用戶在第η個子載波上的比特數(shù)，Λ(レ )表示當信道增益為I時第k個用戶在第η個載波上加載ck，n比特所需要的功率，fk(ckJ = (2、-DxrfrXJ2，Γ\表示實際通信系統(tǒng)傳輸速率和信道極限容量之間的差距，是與誤比特率有關(guān)的參量，δ 2為高斯白噪聲功率，gk,n為第k個用戶在第η個子載波上的信道增益幅度值,D為Ck n的取值范圍，D={0, 1，2，. . .，Μ}，M為子載波調(diào)制允許的最大信息比特數(shù)，M的值是根據(jù)具體的調(diào)制方式確定的，其是ー個確定的常數(shù)，Rk為第k個用戶在每個OFDM符號內(nèi)要求的最低比特數(shù)目，C1,n為第I個用戶在第η個子載波上的比特數(shù)，條件(a)表示每個用戶在每個OFDM符號需要達到的最低比特數(shù)目，條件(b)表示兩個用戶不能同時占用同一個信道。本發(fā)明方法還提出了能量有效化條件，假設(shè)信道中比特數(shù)分配矢量為b=[bib2...bN]，E(bn)為第η個信道中比特的能量(n e {1，2，...，N})，毎次加載的最小信息粒度即比特單位為 β，記 e (bn) =E (bn) -E (bn_ β ), e (bn+ β ) =E (bn+ β ) -E (bn)，e (bn)表示所有信道中第η個信道減少β比特單位需要的能量増量，e(bn+i3)表示所有信道中第η個信道増加β比特單位需要的能量増量。如果信道中比特分配滿足
其中m，n e {1，2，...，N}，max[e (ち)]表示所有信道中第n個信道減少β比特單位的能量増量最大，mjn[e(t+ダ)]所有信道中第m個信道増加β比特單位的能量増量最小，則信道中的比特分布達到了能量有效性，信道中再沒有比特的交換能使總的符號能量減小。這是因為假設(shè)有N個信道，當前每個信道減少一個信息粒度β減少的能量為e(bk)(k=l，2，...，N)，每個信道増加一個信息粒度β増加的能量為e(bk+i3) (k=l，2，...，N)，如果maX[t; (Λ,)] < min[t-也+用]成立，則對于任意的信道，將第i個信道中減少的ー個
信息粒度β加載到第j個信道中去，將會有e的)ガ)]<eも+灼(i，j, m,n e {1，2，· · ·，N})，各個信道中的比特再交換就會增加總的符號能量，因此信道中的比特分布已達到了能量有效性，信道中再沒有比特的交換能減小總的符號能量。反之，如果max[e (Λ )]< 次十パ)]不成立，則信道中比特的交換可以減小總的符號能量，信道
的分布未達到能量有效性。本發(fā)明方法具體包括以下步驟①根據(jù)每個用戶在每個OFDM符號內(nèi)要求的最低比特數(shù)目，確定預(yù)分配給每個用戶的子載波數(shù)目，將預(yù)分配給第k個用戶的子載波數(shù)目記為Nk’，其中，I < k < K，K表示用戶總數(shù)。在此具體實施例中，步驟①中確定預(yù)分配給每個用戶的子載波數(shù)目的具體過程為①-I、假設(shè)K個用戶在每個OFDM符號內(nèi)要求的最低比特數(shù)目分別為R1, R2,…,Rk,…，Rk，則確定初始分配給K個用戶的子載波數(shù)目分別為N1, N2, - ,Nk,…，Nk，對于K個用戶中的第k個用戶，根據(jù)其在每個OFDM符號內(nèi)要求的最低比特數(shù)目Rk，確定初始分配給其
的子載波數(shù)目Nk= NxRtZYjRl，其中，I彡k彡K，K表示用戶總數(shù)，R1表示第I個用戶
在每個OFDM符號內(nèi)要求的最低比特數(shù)目，R2表示第2個用戶在每個OFDM符號內(nèi)要求的最低比特數(shù)目，Rk表示第K個用戶在每個OFDM符號內(nèi)要求的最低比特數(shù)目，N1表示初始分配給第I個用戶的子載波數(shù)目，N2表示初始分配給第2個用戶的子載波數(shù)目，Nk表示初始分配給第K個用戶的子載波數(shù)目，“L」”為向下取整符號，N表示子載波總數(shù)，Ri表示第i個用戶在每個OFDM符號內(nèi)要求的最低比特數(shù)目。①-2、根據(jù)初始分配給K個用戶的子載波數(shù)目，計算初始末被分配的子載波數(shù)目，
記滅，N* =NH①_3、將初始未被分配的子載波數(shù)目N*隨機分配給K個用戶，得到預(yù)分配給每個用戶的子載波數(shù)目，將預(yù)分配給第k個用戶的子載波數(shù)目記為Nk’。如假設(shè)有N=8個子載波，K=2個用戶，第I個用戶在每個OFDM符號內(nèi)要求的最低比特數(shù)目R1為20比特，第2個用戶在每個OFDM符號內(nèi)要求的最低比特數(shù)目R2為40比持，
那么初始分配給第I個用戶的子載波數(shù)目M= NxRlZ^Ri =|_8χ20/(20 + 40)」= 2，初
始分配給第2個用戶的子載波數(shù)目N2 = NxRJYdRi = 8χ40/(20 + 40)| = 5，再計算初
始末被分配的子載波數(shù)目ぎ=況-Σル=8-(2 + 5) = 1，剩下的I個子載波隨機分配給兩
個用戶中的ー個，如果隨機分配給第I個用戶，則預(yù)分配給第I個用戶的子載波數(shù)目N/ =3，如果隨機分配給第2個用戶，則預(yù)分配給第2個用戶的子載波數(shù)目N2’ =6。②根據(jù)預(yù)分配給每個用戶的子載波數(shù)目和每個用戶的平均信道増益，并利用能量
有效化條件，對預(yù)分配給每個用戶的子載波數(shù)目進行調(diào)整，以使得TA'f丨人·/も最小，從而得到最終分配給每個用戶的子載波數(shù)目，將最終分配給第k個用戶的子載波數(shù)目
V
記為Mk，即調(diào)整后第k個用戶的子載波數(shù)目由Nk’變?yōu)镸k，ΣΜ&=が，其中，N表示子載波
總數(shù)，Λ(^Τ)表示信道增益為I時第k個用戶在Nk’個子載波的每個子載波上加載ナヤ比特所需的功率，gk表示第k個用戶的平均信道増益，即第k個用戶分配的N' k個子載波對應(yīng)的信道増益都是gk，在每個子載波所對應(yīng)的信道増益上的功率為k個子載波上所對應(yīng)的信道増益功率為所有用戶在所有子載波上對應(yīng)的信道増益上的功率為/ &0在此具體實施例中，步驟②中最終分配給每個用戶的子載波數(shù)目的獲取過程為②-I、根據(jù)每個用戶在每個OFDM符號內(nèi)要求的最低比特數(shù)目和預(yù)分配給每個用戶的子載波數(shù)目，計算每個用戶在預(yù)分配給其的子載波數(shù)目上分配的平均比特數(shù)，對于第k個用戶，將第k個用戶在預(yù)分配給其的子載波數(shù)目Nk’上分配的平均比特數(shù)記為I,。
其中，I彡k彡K，K表示用戶總數(shù)，Rk表示第k個用戶在每個OFDM符號內(nèi)要求的
最低比特數(shù)目，N；表示預(yù)分配給第k個用戶的子載波數(shù)目。②_2、計算每個用戶的平均信道増益，對于第k個用戶，將其平均信道増益記為も，？/ = Σ/#，其中，N表不子載波總數(shù),gk,n表不第k個用戶在第η個子載波上的信道堦益幅度值，符號“ I I ”為絕對值符號。②_3、根據(jù)每個用戶在預(yù)分配給其的子載波數(shù)目上分配的平均比特數(shù)和每個用戶的平均信道増益，分別計算每個用戶在預(yù)分配給其的子載波數(shù)目上減少ー個子載波、増加一個子載波所帯來的功率差值，對于第k個用戶，將第k個用戶在預(yù)分配給其的子載波數(shù)目Nk’上減少ー個子載波、增加ー個子載波所帶來的功率差值對應(yīng)
的記為 Ae(Nk’)和 Ae(Nk’+l)，Ae(Nk') = ^xf{h,)-^~-x/(Trfr)，
其中， 表示當信道增益為I時第k個
用戶在Nk’個子載波的每個子載波上加載7個比特所需的功率，/(JT十7)表示當信道增益為I時第k個用戶在Nk’ -I個子載波的每個子載波上加載個比特所需的功率，
表示當信道增益為1時第k個用戶在Nk’+1個子載波的_個子載波上加載-^l
個比特所需的功率。②-4、判斷所有用戶是否滿足能量有效化條件mpc[/SeiNi)]<π ι[Ae(Nj’+1)]
(i，j e {1，2，...，K})，如果滿足，則確定最終分配給每個用戶的子載波數(shù)目，將最終分配給第k個用戶的子載波數(shù)目記為Mk，Mk=Nk’，否則，繼續(xù)執(zhí)行步驟②_5，其中，Mk=Nk’中的“=”為賦值符號，Λ e (N/)表示第i個用戶在子載波數(shù)目N/上減少一個子載波所帯來的功率差值，Ae(N/+l)表示第j個用戶在子載波數(shù)目N/上増加一個子載波所帯來的功率差值，η，χμ〃(Λν)；1表示在所有用戶中第i個用戶在子載波數(shù)目N/上減少一個子載波所
帶來的功率差值A(chǔ)e (N/)是最大的，’+I)]表示在所有用戶中第j個用戶在子載波數(shù)目N/上増加一個子載波所帯來的功率差值A(chǔ)e(N/+l)是最小的；②-5、令
權(quán)利要求
1.ー種多用戶OFDM資源分配方法，其特征在于包括以下步驟①根據(jù)每個用戶在每個OFDM符號內(nèi)要求的最低比特數(shù)目，確定預(yù)分配給每個用戶的子載波數(shù)目，將預(yù)分配給第k個用戶的子載波數(shù)目記為
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種多用戶OFDM資源分配方法，其特征在于所述的步驟①中確定預(yù)分配給每個用戶的子載波數(shù)目的具體過程為①-I、假設(shè)K個用戶在每個OFDM符號內(nèi)要求的最低比特數(shù)目分別為R1, R2,…，Rk，…，RK，則確定初始分配給K個用戶的子載波數(shù)目分別為N1, N2,…，Nk,…，Νκ，對于K個用戶中的第k個用戶，根據(jù)其在每個OFDM符號內(nèi)要求的最低比特數(shù)目Rk，確定初始分配給其的子載波數(shù)目
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的ー種多用戶OFDM資源分配方法，其特征在于所述的步驟②中最終分配給每個用戶的子載波數(shù)目的獲取過程為②-I、根據(jù)每個用戶在每個OFDM符號內(nèi)要求的最低比特數(shù)目和預(yù)分配給每個用戶的子載波數(shù)目，計算每個用戶在預(yù)分配給其的子載波數(shù)目上分配的平均比特數(shù)，對于第k個用戶，將第k個用戶在預(yù)分配給其的子載波數(shù)目Nk’上分配的平均比特數(shù)記為$丨'=ホ，其中，I < k < K，K表示用戶總數(shù)，Rk表示第k個用戶在每個OFDM符號內(nèi)要求的最低比特數(shù)目，Nk’表示預(yù)分配給第k個用戶的子載波數(shù)目；②-2、計算每個用戶的平均信道増益，對于第k個用戶，將其平均信道増益記為gk，
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的ー種多用戶OFDM資源分配方法，其特征在于所述的步驟③的具體過程為③-I、將K個用戶在與N個信道一一對應(yīng)的N個子載波上的信道增益矩陣記為[gk,n]KXN，其中，
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的ー種多用戶OFDM資源分配方法，其特征在于所述的步驟⑤中最終分配給第k個用戶在分配給其的第i個子載波上的比特數(shù)^的獲取過程為⑤_1、令$的初始值為g，計算第k個用戶在分配給其的第i個子載波上的比特數(shù)為$時與第k個用戶在分配給其的第i個子載波上減少一個比特數(shù)后的功率差值，記為<(和)，.4.(%) = /(/ζ)/‘-/(珥-1)/‘，其中,/(/ )表示當信道增益為I時第k個用戶在分配給其的第i個子載波上的比特數(shù)為$時的功率,/(/ζ -1)表示當信道增益為I時第k個用戶在分配給其的第i個子載波上減少一個比特數(shù)后的功率，gk, i表示第k個用戶在分配給其的第i個子載波上的信道増益幅度值；⑤-2、計算第k個用戶在分配給其的第i個子載波上増加一個比特數(shù)后與第k個用戶在分配給其的第i個子載波上的比特數(shù)カA時的功率差值，記為<(死+1),<(Λ； +1) = /(^ +1)1 gl-f(RlVg2kj，其中，/(和+1)表示當信道增益為I時第k個用戶在分配給其的第i個子載波上増加一個比特數(shù)后的功率；maxr<(i^)]< rain Γ < (R^ +1)1⑤-3、判斷第k個用戶是否滿足能量有效化條件》しん^ J Li 1 弋如果滿足，則確定最終分配給第k個用戶在分配給其的第i個子載波上的比特數(shù)カ$否則，繼續(xù)執(zhí)行步驟⑤-4，其中式表示第k個用戶在分配給其的第m個子載波上的比特數(shù)，$表示第k個用戶在分配給其的第η個子載波上的比特數(shù),iC的初始值為ぢ，<的初始值為ぢ，<(和^表示第k個用戶在分配給其的第m個子載波上的比特數(shù)為ル"時與第k個用戶在分配給其的第m個子載波上減少一個比特數(shù)后的功率差值，+1)表示第k個用戶在分配給其的第η個子載波上増加一個比特數(shù)后與第k個用戶在分配給其的第η個子載波上的比特數(shù)為$時的功率差值，max[ぐ(if)]表示第k個用戶在Mk個子載波中的第m個子載波上増加一個比特數(shù)后與第k個用戶在分配給其的第m個子載波上的比特數(shù)為時的功率差值是最大的，和+1)]表示第k個用戶在Mk個子載波中的第η個子載波上增加一個比特數(shù)后與第k個用戶在分配給其的第η個子載波上的比特數(shù)為疋時的功率差值<($+1)是最小的；⑤-4、令W ニ R:' +l,R = Rnk -I，然后對em) <(^+1)、《(和)和 <(和+1琎行更新，< (R) = KR'), gL — AR — I) I sL· ， < (R^ +1) = fiK+1) / g!', - m) / gl, ，
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多用戶OFDM資源分配方法，其根據(jù)每個用戶在每個OFDM符號內(nèi)要求的最低比特數(shù)目和每個用戶的平均信道增益，并利用能量有效化條件，調(diào)整分配給每個用戶的子載波數(shù)目，再根據(jù)分配給每個用戶的子載波，并利用能量有效化條件，調(diào)整分配給每個用戶在每個子載波上的比特數(shù)，使得系統(tǒng)達到的功率最小，本發(fā)明方法不僅能滿足每個用戶的誤比特率及最低比特要求，而且能夠有效地降低系統(tǒng)的復(fù)雜度，仿真結(jié)果表明，在同樣滿足用戶誤比特率及比特要求的條件下，本發(fā)明方法與現(xiàn)有的一種經(jīng)典分布式BABS-ACG方法相比功率可減小1～3dB。
文檔編號H04L5/00GK102833057SQ20121028468
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月10日
發(fā)明者李有明, 汪照, 趙翠茹, 朱星, 王炯滔, 金明, 王剛 申請人:寧波大學