專利名稱：基于業(yè)務(wù)模型的多用戶ofdm系統(tǒng)子載波分配方案的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信系統(tǒng)，尤其涉及一種用于正交頻分多址系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)子載波分配方案。
背景技術(shù)：
在0FDM系統(tǒng)中，如果發(fā)射方知道子信道的瞬時(shí)信道增益，采用自適應(yīng)調(diào)制能極大地提高 系統(tǒng)性能。對(duì)于信道增益較大的子載波采用高階調(diào)制，加載更多的比特；處于深度衰落的子 載波采用低階調(diào)制或者零比特加載。在傳統(tǒng)的多址方式中，我們可以將小同的OFDM符號(hào)分配 給小同的用戶，即0FDM+TDMA方式；也可以將一個(gè)OFDM符號(hào)中的小同子載波分配給小同的用 戶，即0F麗+FDMA方式。小過，這些多址方式都是靜態(tài)的，即預(yù)先確定資源在各個(gè)用戶之間 的分配情況，沒有考慮信道的狀況，在整個(gè)傳輸過程中都不作調(diào)整。由于頻率選擇性和時(shí)間 選擇性衰落的影響，很可能分配給某些用戶的子載波(或者0FDM符號(hào))由于處在深度衰落中而 無法有效傳輸數(shù)據(jù)。由于用戶通常是隨機(jī)分布在小區(qū)中的，因此處于小同位置的用戶所經(jīng)歷 的信道狀況往往是相互獨(dú)立的；也就是說對(duì)于某些用戶而言"惡劣"的子載波可能對(duì)于其他 用戶來說是"適宜"進(jìn)行傳輸?shù)?。因此，多用戶OFDM系統(tǒng)中如果采用靜態(tài)多址方式，每個(gè)用 戶獨(dú)占事先分配好的子載波或在事先分配好的時(shí)隙獨(dú)占所有子載波，在自適應(yīng)調(diào)制時(shí)，有些 子載波可能存在處于深度衰落從而會(huì)被遺棄而不被使用。這些被浪費(fèi)的子載波，對(duì)于其他用 戶而言，可能并不是處于深度衰落，而且有可能信道條件較好，但卻不能被其他用戶使用， 這無疑是一種浪費(fèi)。
作為自適應(yīng)傳輸技術(shù)的一種，自適應(yīng)OFDM子載波分配正是利用小同用戶在相同子載波 上衰落情況各異的特性，動(dòng)態(tài)地根據(jù)信道狀況在用戶間分配子載波資源，從而獲取"多用戶 分集"的效果。當(dāng)系統(tǒng)中用戶數(shù)越多時(shí)，某個(gè)時(shí)刻或某個(gè)頻率上，越有可能有用戶處于很好 的信道狀況，如果讓其占用信道進(jìn)行傳輸，那么能夠獲得的增益也就越大。自適應(yīng)OFDM子 載波分配算法的研究大致可以根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)分為兩類， 一類是在滿足一定速率和誤碼率要求 下，盡可能減小總的發(fā)射功率。另一類是在額定功率下使傳輸速率最大化。在傳統(tǒng)的關(guān)于多 用戶OFDM系統(tǒng)中資源優(yōu)化分配的研究中，都是把一個(gè)子載波當(dāng)作最小的資源粒度進(jìn)行分配。 這樣做能夠充分地利用OFDM系統(tǒng)的多用戶分集和頻率選擇性分集效果。然而，這種方法存 在兩個(gè)最大的缺點(diǎn):第一，無論是MA算法還是RA算法，它們都假定只有一種業(yè)務(wù)類型，要 么是速率固定最小化功率，要么是速率不固定功率固定最大化速率，而真實(shí)的情況確實(shí)系統(tǒng) 運(yùn)行時(shí)有的業(yè)務(wù)是速率固定的，有的業(yè)務(wù)是速率非固定的，只有同時(shí)考慮這兩種業(yè)務(wù)的存在， 算法才具有普遍性。第二，這些算法在最大化系統(tǒng)性能的標(biāo)準(zhǔn)上都采用了總系統(tǒng)性能最優(yōu)的
評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，忽視了個(gè)體之間的公平性問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是將上層業(yè)務(wù)類型和多用戶自適應(yīng)子載波分配方案向結(jié)合，滿足不同業(yè)務(wù) 的服務(wù)質(zhì)量(Qos)的同時(shí)，保持較大的系統(tǒng)容量，同時(shí)使發(fā)射功率最小化，對(duì)各種業(yè)務(wù)需求 保持公平性。本方案計(jì)算復(fù)雜度較低，可以滿足各種實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的需求。
本發(fā)明的技術(shù)方案為基站根據(jù)用戶的業(yè)務(wù)統(tǒng)計(jì)特性，將資源分配分為兩組， 一組為固
定速率組， 一組為變速率組，每組分別采用提出的RA和MA算法進(jìn)行子載波分配，然后基 于納什均衡對(duì)這兩組分配后的結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，得出最終的子載波分配方案，然后對(duì)每個(gè)用戶 基于單用戶注水原理進(jìn)行功率和比特加載。與傳統(tǒng)的子載波分配方案相比，本方案能在提升 系統(tǒng)容量和保持一定服務(wù)質(zhì)量(Qos)的同時(shí)，降低了發(fā)射功率的要求，同時(shí)保持了很好的公 平性。
其中，業(yè)務(wù)分類有業(yè)務(wù)統(tǒng)計(jì)分類模塊組成，用于將業(yè)務(wù)分為類型1和類型2。 BABS模塊設(shè)計(jì)為業(yè)務(wù)1和業(yè)務(wù)2進(jìn)行系統(tǒng)資源預(yù)分配，包括子載波和功率。同時(shí)，該 模塊負(fù)責(zé)系統(tǒng)過載預(yù)測(cè)和相應(yīng)的拒絕服務(wù)處理策略。MA模塊為速率固定功率最小化子載波分配模塊，RA模塊為功率一定速率最大子載波分
配模塊。
本發(fā)明還包括基于納什均衡的公平性調(diào)整模塊，用來將兩種業(yè)務(wù)分配的資源進(jìn)行進(jìn)一步 調(diào)整，達(dá)到一個(gè)納什均衡狀態(tài)。


圖1為多用戶OFDM系統(tǒng)自適應(yīng)子載波、比特、功率分配系統(tǒng)框圖
圖2為多用戶自適應(yīng)子載波和功率分配模塊詳細(xì)設(shè)計(jì)圖
圖3為多用戶帶寬資源預(yù)分配(BABS)模塊
圖4為MA分配模塊
圖5為RA分配模塊
圖6為基于納什均衡的動(dòng)態(tài)調(diào)整方案
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)的描述本發(fā)明
圖l為多用戶OFDM系統(tǒng)自適應(yīng)子載波、比特、功率分配系統(tǒng)框圖。在發(fā)射端，來自K 個(gè)用戶的串行數(shù)據(jù)經(jīng)子載波和比特分配模塊加載到不同的子載波上。我們假定每個(gè)子載波的 帶寬遠(yuǎn)小于信道的相關(guān)帶寬，并且所有用戶在不同子載波上的瞬時(shí)信道增益都是已知的。利 用信道信息，發(fā)射端運(yùn)用聯(lián)合子載波、比特、功率分配算法將不同的子載波分配給各個(gè)用戶， 并確定各子載波上的調(diào)制比特?cái)?shù)。然后根據(jù)各個(gè)子載波上的調(diào)制比特?cái)?shù)，自適應(yīng)調(diào)制模塊將 選擇合適的調(diào)制方式和功率級(jí)別。其中，聯(lián)合子載波分配方案將會(huì)采用圖2的設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)。
圖2為本發(fā)明的具體設(shè)計(jì)方案圖，其中業(yè)務(wù)分類模塊用于將業(yè)務(wù)進(jìn)行分類，其輸出結(jié)果 作為初始化RA模塊和MA模塊的參數(shù)。圖3為帶寬資源預(yù)分配(BABS)模塊根據(jù)信道狀況 和業(yè)務(wù)特點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)過載評(píng)估并分配系統(tǒng)資源，輸出為RA和MA模塊的系統(tǒng)資源預(yù)分配結(jié) 果。
圖4為MA分配模塊，采用微型的BABS+ACG處理方案，通過BABS算法為每個(gè)用戶分 配子載波數(shù)目，然后通過ACG算法進(jìn)行具體的子載波分配。 ，
圖5為RA分配模塊，采用微型的BABS+RCG處理方案，通過BABS算法為每個(gè)用戶分 配子載波數(shù)目，然后通過RCG算法進(jìn)行具體的子載波分配。
圖6為基于納什均衡的動(dòng)態(tài)調(diào)整方案，以MA和RA預(yù)分配模塊的結(jié)果作為輸出，通過對(duì) MA中的子載波分配功率消耗向量和RA中的子載波分配速率衰減向量進(jìn)行博弈調(diào)整得到最 終的子載波分配方案。
最后為功率和比特加載模塊，主要采用注水發(fā)則，輸入為圖6的子載波分配方案，依次對(duì) 每個(gè)用戶進(jìn)行單用戶自適應(yīng)功率分配和比特加載，輸出為每個(gè)子載波上的比特和功率分配。
權(quán)利要求
1.一種適用于正交頻分多址系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)子載波、功率分配和比特加載方案，該方案的特征在于，基站根據(jù)用戶的業(yè)務(wù)統(tǒng)計(jì)特性將用戶分類，先用邊界自適應(yīng)(MA)算法和速率自適應(yīng)(RA)算法進(jìn)行子載波預(yù)分配，然后再利用納什均衡算法進(jìn)行調(diào)整，最后利用單用戶注水原理進(jìn)行功率分配和比特加載。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于業(yè)務(wù)統(tǒng)計(jì)特性分類的特征在于將固定速率業(yè)務(wù)如語音、多媒 體等分為類型l，可變速率業(yè)務(wù)如數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)分為類型2。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的子載波預(yù)分配方案特征在于對(duì)于類型l如語音、多媒體業(yè)務(wù)等， 以滿足速率需求，最小化功率為目標(biāo)；對(duì)于類型2如數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等，以平均功率和最小傳輸 速率為約束，最大化系統(tǒng)總的速率為目標(biāo)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的基于納什均衡對(duì)兩組類型間的子載波分配方案進(jìn)行調(diào)整特征在 于以公平性為依據(jù)的效用函數(shù)判斷是否調(diào)整，達(dá)到一個(gè)納什均衡解。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的子載波分配方案中子載波的特征在于能根據(jù)信道特點(diǎn)預(yù)先計(jì)算 每個(gè)用戶所需的最少子載波數(shù)目，對(duì)系統(tǒng)過載進(jìn)行檢測(cè)，并提出了基于系統(tǒng)性能評(píng)估函數(shù) 選擇對(duì)系統(tǒng)性能影響最大的用戶進(jìn)行抑制。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于業(yè)務(wù)模型和公平性的動(dòng)態(tài)子載波、功率分配和比特加載方案，適用于正交頻分多址(OFDMA)系統(tǒng)。子載波、功率分配和比特加載的原則是基站根據(jù)用戶的業(yè)務(wù)統(tǒng)計(jì)特性，將資源分配分為兩組，一組為固定速率組，一組為變速率組，每組分別采用提出的RA和MA算法進(jìn)行子載波分配，然后基于納什均衡對(duì)這兩組分配后的結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，得出最終的子載波分配方案，然后對(duì)每個(gè)用戶基于單用戶注水原理進(jìn)行功率和比特加載。與傳統(tǒng)的子載波分配方案相比，本方案能在提升系統(tǒng)容量和保持一定服務(wù)質(zhì)量(Qos)的同時(shí)，降低了發(fā)射功率的要求，同時(shí)保持了很好的公平性。
文檔編號(hào)H04L12/56GK101567833SQ200810047458
公開日2009年10月28日 申請(qǐng)日期2008年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月25日
發(fā)明者軍 江 申請(qǐng)人:軍 江