專利名稱：正交頻分復(fù)用無線多媒體系統(tǒng)中的資源分配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用正交頻分復(fù)用(OFDM)系統(tǒng)傳送無線多媒體業(yè)務(wù)時(shí)的資源分配方法。
背景技術(shù)：
隨著無線網(wǎng)絡(luò)、多媒體技術(shù)和因特網(wǎng)的逐漸融合，人們對無線通信業(yè)務(wù)的類型和質(zhì)量的要求越來越高。為滿足無線多媒體和高速率數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊螅枰_發(fā)新一代無線通信系統(tǒng)。新一代無線系統(tǒng)中，從物理層、媒體接入控制層到網(wǎng)絡(luò)層，將廣泛采用一些新技術(shù)，如正交頻分復(fù)用(OFDM)、多天線輸入和輸出(MIMO)等。
OFDM在頻域把信道分成許多正交子信道，整個(gè)寬帶頻率選擇性信道被分成相對平坦的子信道，同時(shí)，在每個(gè)OFDM符號(hào)間插入循環(huán)前綴(CP)作為保護(hù)間隔，大大減小了符號(hào)間干擾(IST)。由于OFDM具有抗多徑能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，普遍認(rèn)為它是新一代無線傳輸鏈路的關(guān)鍵技術(shù)。
MIMO系統(tǒng)是指在發(fā)送和接收端使用多元天線陣列，它能顯著提高系統(tǒng)容量(頻譜效率)和無線傳輸鏈路質(zhì)量(誤比特率)。利用MTMO技術(shù)提高系統(tǒng)容量和傳輸質(zhì)量的方式包括兩類空分復(fù)用(SM)和空間分集(SD)。作為面向新一代無線信息網(wǎng)絡(luò)而提出的MIMO與OFDM相結(jié)合的MIMO OFDM傳輸技術(shù)也受到廣泛關(guān)注。MIMO與OFDM相結(jié)合的MIMO OFDM技術(shù)具有兩者的優(yōu)點(diǎn)，它既通過OFDM調(diào)制把頻率選擇性MTMO衰落信道分解成一組并行平坦衰落信道，又利用MIMO提高了系統(tǒng)容量，適用于傳輸高質(zhì)量的多媒體業(yè)務(wù)。
眾所周知，實(shí)用化的無線系統(tǒng)必須支持多用戶通信。因此，無論是一般的OFDM系統(tǒng)，還是多天線的OFDM系統(tǒng)，均需具有支持多用戶接入的能力。多用戶OFDM允許多個(gè)用戶共享一個(gè)OFDM符號(hào)?，F(xiàn)有的固定信道分配方式，如時(shí)分多址(TDMA)、頻分多址(FDMA)、碼分多址(CDMA)以及空分多址(SDMA)均可用于多用戶OFDM系統(tǒng)，它們分別分配不同的時(shí)隙、頻率、碼等資源給每個(gè)用戶。
FDMA應(yīng)用于OFDM稱為正交頻分多址(OFDMA)，它在每個(gè)OFDM符號(hào)內(nèi)，為每個(gè)用戶分配所有載波中的一部分子載波。當(dāng)發(fā)射機(jī)未知每個(gè)用戶的信道狀態(tài)信息(CSI)時(shí)，可以為每個(gè)用戶任意分配一組子載波。而當(dāng)發(fā)射機(jī)已知用戶的信道響應(yīng)時(shí)，發(fā)射端根據(jù)信道狀態(tài)信息自適應(yīng)分配子載波給用戶，獲得比對每個(gè)用戶任意分配子載波更好的性能。當(dāng)OFDMA應(yīng)用于上行時(shí)，所有接入用戶可以在小功率放大器下工作和為用戶動(dòng)態(tài)分配帶寬。當(dāng)它應(yīng)用于下行時(shí)，對多個(gè)用戶并行發(fā)射數(shù)據(jù)，可通過調(diào)整子載波下行發(fā)射功率控制鏈路質(zhì)量。與TDMA相比，OFDMA優(yōu)點(diǎn)是可動(dòng)態(tài)分配載波，對脈沖噪聲和干擾有很強(qiáng)的魯棒性。目前，OFDMA已被IEEE 802.16等通信標(biāo)準(zhǔn)所采用。
OFDMA系統(tǒng)傳輸多媒體業(yè)務(wù)時(shí)，存在一些問題需待解決。無線多媒體業(yè)務(wù)主要包括話音和視頻業(yè)務(wù)，兩類業(yè)務(wù)具有不同的業(yè)務(wù)特征和業(yè)務(wù)要求，如視頻業(yè)務(wù)要求低的誤比特率，而話音業(yè)務(wù)允許一定時(shí)延。一般的OFDM系統(tǒng)中，無論對話音(音頻)、視頻業(yè)務(wù)，均采用了每個(gè)OFDM符號(hào)的所有載波來傳送。然而，對話音業(yè)務(wù)而言，若利用全部OFDM載波傳送該業(yè)務(wù)，則其帶寬遠(yuǎn)高于傳送話音業(yè)務(wù)的帶寬需求，這浪費(fèi)了系統(tǒng)資源。如IEEE802.11a和Hiperlan/2標(biāo)準(zhǔn)中，每個(gè)載波帶寬為20MHz/64＝312.5KHz，這高于話音傳輸要求帶寬。為減小帶寬資源耗費(fèi)，需增加載波數(shù)(IDFT點(diǎn)數(shù))，但提高了系統(tǒng)復(fù)雜度。因此，本發(fā)明提出一種資源管理方法以解決該問題。
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發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種多用戶單/多天線正交頻分復(fù)用系統(tǒng)傳送無線多媒體業(yè)務(wù)時(shí)的資源分配方法。
多媒體通信中，用戶的通信業(yè)務(wù)是包括話音(音頻)和視頻的多媒體業(yè)務(wù)。當(dāng)用戶通信時(shí)，若利用OFDM符號(hào)的所有載波傳送話音業(yè)務(wù)，則其帶寬遠(yuǎn)高于傳送話音業(yè)務(wù)的帶寬需求，這浪費(fèi)了系統(tǒng)資源。為解決此問題，本發(fā)明提出的方案中，先為用戶分配傳輸視頻的載波，其余的載波用于傳輸話音，這不同于與一般的OFDM無線多媒體傳輸方式。一般的系統(tǒng)中，在某一時(shí)刻，OFDM符號(hào)的所有載波均用于傳輸單獨(dú)的話音或視頻業(yè)務(wù)。采用這種載波分配方式，可以解決所有載波傳輸話音時(shí)系統(tǒng)帶寬資源耗費(fèi)問題。
為進(jìn)一步減低帶寬耗費(fèi)，本發(fā)明在傳送話音的OFDM載波內(nèi)采用時(shí)分復(fù)用(TDM)方式?？紤]到多小區(qū)環(huán)境下，為抑制其他小區(qū)的干擾，對分配給話音的載波，采用跳頻(FH)方案，每個(gè)小區(qū)可采用其特定的載波頻率跳變方式，以抗小區(qū)間干擾。
考慮到話音和視頻業(yè)務(wù)有不同的業(yè)務(wù)特征和業(yè)務(wù)要求，如話音業(yè)務(wù)要求實(shí)時(shí)性強(qiáng)，視頻業(yè)務(wù)要求低的誤比特率，進(jìn)而提出合理的資源分配方案。針對視頻業(yè)務(wù)的特征，其資源分配的目標(biāo)是在一定誤比特率、功率等約束條件下，使系統(tǒng)吞吐量最高。本發(fā)明中，解決該問題的方法是找到用戶的最大信道噪聲比的載波，并把該載波分配給用戶；然后，根據(jù)用戶的速率和誤比特率要求，計(jì)算并向每個(gè)用戶分配功率。
定義系統(tǒng)有Ntot個(gè)載波和K個(gè)用戶接入，每個(gè)載波只能被一個(gè)用戶利用，給用戶k分配的載波數(shù)為N(k)，為用戶分配N(k)個(gè)用于傳輸視頻業(yè)務(wù)的載波，其余的N(k)-Nvideo(k)=Nvoice(k)]]>個(gè)載波用于傳輸音頻業(yè)務(wù)，其中所述視頻載波分配步驟在于
(1)對任意的用戶k∈[1，K]，載波n∈[1,Nvideo(k)],]]>未給用戶k分配載波n；定義待分配的載波集合為N=12···ΣkNvideo(k)]]>(2)計(jì)數(shù)初始化步驟，用戶初始化計(jì)數(shù)k＝1，分配給用戶k的載波初始化計(jì)數(shù)i＝0；(3)計(jì)算步驟，在集合N＝范圍內(nèi)，計(jì)算各載波信道噪聲比，比較并獲得最高信道噪聲比的載波n；(4)分配步驟，分配載波n給用戶k傳輸視頻業(yè)務(wù)；(5)載波集合更新步驟，更新載波集合，即從總載波集中減去已分配的載波N＝N-{n}；(6)用戶載波集合更新步驟，更新分配給用戶k載波計(jì)數(shù)i＝i+1；(7)判斷步驟，若i不大于Nvideo(k)，則轉(zhuǎn)計(jì)算步驟在下一時(shí)隙對用戶k分配載波；否則，轉(zhuǎn)下一步處理；(8)用戶更新步驟，更新用戶計(jì)數(shù)k＝k+1；(9)判斷步驟，若k不大于K，則轉(zhuǎn)計(jì)算步驟繼續(xù)處理；否則，結(jié)束。
話音(音頻)業(yè)務(wù)的特征是其要求的傳輸速率較低，且一般保持不變。為使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度低，對話音業(yè)務(wù)的資源分配采用與視頻業(yè)務(wù)相同的載波、功率分配方法。與視頻載波分配相比，不同之處在于載波集合為音頻載波集。具體地，載波分配步驟為(1)對任意的用戶k∈[1，K]，載波n∈[1,Nvoice(k)],]]>未給用戶k分配載波n；定義待分配的載波集合為N=12···ΣkNvoice(k)]]>(2)計(jì)數(shù)初始化步驟，用戶初始化計(jì)數(shù)k＝1，分配給用戶k的載波初始化計(jì)數(shù)i＝0；(3)計(jì)算步驟，在集合N＝范圍內(nèi)，計(jì)算各載波信道噪聲比，比較并獲得最高信道噪聲比的載波n；(4)分配步驟，分配載波n給用戶k傳輸視頻業(yè)務(wù)；(5)載波集合更新步驟，更新載波集合，即從總載波集中減去已分配的載波N＝N-{n}；
(6)用戶載波集合更新步驟，更新分配給用戶k載波計(jì)數(shù)i＝i+1；(7)判斷步驟，若i不大于Nvoice(k)，則轉(zhuǎn)計(jì)算步驟在下一時(shí)隙對用戶k分配載波；否則，轉(zhuǎn)下一步處理；(8)用戶更新步驟，更新用戶計(jì)數(shù)k＝k+1；(9)判斷步驟，若k不大于K，則轉(zhuǎn)計(jì)算步驟繼續(xù)處理；否則，結(jié)束。
功率分配時(shí)，對每個(gè)用戶的音、視頻載波均采用相同的分配方法。根據(jù)要求的誤比特率、傳輸速率，和分配的載波，計(jì)算出用戶的接收信號(hào)噪聲比；再根據(jù)信道估值，計(jì)算得到配給用戶每個(gè)載波的功率。為使實(shí)現(xiàn)簡單，可在每個(gè)用戶的載波分配完成之后，進(jìn)行功率分配步驟。
對于多天線OFDM系統(tǒng)，考慮采用空分復(fù)用工作模式的MIMO OFDM系統(tǒng)的下行鏈路。當(dāng)接收端利用反饋信道把信道狀態(tài)信息返送到發(fā)送端后，對信道矩陣進(jìn)行特征值(SVD)分解可以把MIMO信道分解成并行獨(dú)立的多個(gè)單輸入單輸出(SISO)信道。這樣，可以把前述單天線OFDM系統(tǒng)的資源分配方法應(yīng)用到多天線OFDM系統(tǒng)中，此時(shí)待分配載波數(shù)為單天線時(shí)的載波數(shù)與發(fā)射天線數(shù)之積，對該算法的流程和描述如前述內(nèi)容，不再贅述。
概括起來，本發(fā)明提出的資源分配方案及其效果主要包括以下幾方面·先為用戶分配傳輸視頻的載波，其余的載波用于傳輸話音，解決了所有載波傳輸話音時(shí)系統(tǒng)帶寬資源耗費(fèi)問題。
·在傳送話音的OFDM載波內(nèi)采用時(shí)分復(fù)用(TDM)方式，進(jìn)一步減低了帶寬耗費(fèi)。
·在分配給話音的載波內(nèi)，采用跳頻方案，可抑制其他小區(qū)的干擾。
·針對多媒體業(yè)務(wù)的特征，資源分配時(shí)，找到用戶的最大信道噪聲比的載波，并把該載波分配給用戶；然后，根據(jù)用戶的速率和誤比特率要求，計(jì)算并給每個(gè)用戶分配功率。這樣，可以滿足業(yè)務(wù)的要求。


下面，將參照附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述，其中圖1示出了多用戶單天線OFDM系統(tǒng)；圖2示出了載波分配示例；圖3是用于解釋多小區(qū)干擾的示意圖；圖4示出了跳頻示例；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的視頻業(yè)務(wù)資源分配流程；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的載波分配流程；以及圖7示出了多用戶多天線OFDM系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作具體說明。應(yīng)該指出，所描述的實(shí)施例僅是為了說明的目的，而不是對本發(fā)明范圍的限制。
將針對單天線OFDM和多天線OFDM兩類不同系統(tǒng)，分別討論其資源分配方法。
實(shí)施例1單天線OFDM系統(tǒng)根據(jù)本發(fā)明的支持多媒體業(yè)務(wù)的多用戶OFDM系統(tǒng)如圖1所示。
在發(fā)送端，采用編碼器101對多個(gè)用戶的輸入比特流進(jìn)行信道編碼以抗噪聲；采用交織器102對編碼輸出進(jìn)行交織處理以降低比特流相關(guān)性；采用調(diào)制器103將交織器輸出的比特流調(diào)制為符號(hào)流；插入導(dǎo)頻模塊104完成在發(fā)送符號(hào)流中插入用于定時(shí)、信道估計(jì)的導(dǎo)頻序列；采用IDFT處理器105對調(diào)制符號(hào)流作Nc點(diǎn)逆離散傅氏變換(IDFT)；CP模塊106對IDFT處理后的符號(hào)流加入循環(huán)前綴(CP)；射頻(RF)鏈107把基帶符號(hào)經(jīng)載波調(diào)制后通過天線端108發(fā)射到信道。
在接收端，RX模塊111～111’把天線110～110’接收到的載波信號(hào)下變頻為基帶符號(hào)；移除CP模塊112～112’把OFDM符號(hào)的循環(huán)前綴刪除；DFT模塊113～113’進(jìn)行Nc點(diǎn)離散傅氏變換(DFT)；信道估計(jì)模塊114～114’利用發(fā)送的導(dǎo)頻序列估計(jì)出信道增益，并利用反饋信道把估計(jì)結(jié)果反饋到發(fā)送端載波選擇模塊；DFT變換后的信號(hào)經(jīng)解跳115～115’、解調(diào)116～116’、解交織117～117’、譯碼118～118’后恢復(fù)信息比特流。
發(fā)送端載波分配模塊109根據(jù)每個(gè)用戶的接收信噪比等信息為視頻、話音業(yè)務(wù)分配載波，其中對傳送話音的載波進(jìn)行跳頻擴(kuò)頻，并把分配結(jié)果送到發(fā)射端IDFT模塊105，在這些模塊內(nèi)根據(jù)載波分配信息形成OFDM符號(hào)。
設(shè)系統(tǒng)有Ntot個(gè)載波和K個(gè)用戶接入，每個(gè)載波只能被一個(gè)用戶利用。給用戶k分配的載波數(shù)為N，用戶的通信業(yè)務(wù)為包括話音和視頻的多媒體業(yè)務(wù)。當(dāng)用戶通信時(shí)，若利用OFDM符號(hào)的所有載波傳送話音業(yè)務(wù)，則其帶寬遠(yuǎn)高于傳送話音業(yè)務(wù)的帶寬需求，這浪費(fèi)了系統(tǒng)資源。
為解決此問題，本發(fā)明提出了一種方案，它先為用戶分配Nvideo個(gè)傳輸視頻的載波，其余的N-Nvideo＝Nvoice個(gè)載波用于傳輸話音，如圖2(b)所示，這與一般的OFDM無線多媒體傳輸方式不同。在一般的系統(tǒng)中，沒有把OFDM的載波分為傳送視頻的載波和傳送話音的載波；某一時(shí)刻，OFDM符號(hào)的所有載波均用于傳輸單獨(dú)的話音或視頻業(yè)務(wù)，如圖2(a)所示。通過本發(fā)明所提出的載波分配方式，可以解決所有載波傳輸話音時(shí)的系統(tǒng)帶寬資源耗費(fèi)問題。
同時(shí)，為進(jìn)一步減低帶寬耗費(fèi)，本發(fā)明在傳送話音的OFDM載波內(nèi)采用時(shí)分復(fù)用(TDM)方式。并考慮到多小區(qū)環(huán)境下，為抑制其他小區(qū)的干擾，如圖3所示，對分配給話音的載波，采用跳頻(FH)方案，F(xiàn)H可以獲得干擾分集和頻率分集效果。
把這些載波按頻率由低到高加以標(biāo)記，不失一般性，設(shè)為f1<f2<···fKvoise-1<fKvoise.]]>單個(gè)用戶信息的跳頻可通過以下方式實(shí)現(xiàn)若某一時(shí)隙傳送該用戶信息的載波為f5，則下一個(gè)時(shí)隙傳送該用戶信息的載波跳變到f4，依此類推。每個(gè)小區(qū)可采用其特定的載波頻率跳變方式，以抵抗小區(qū)間干擾。一種頻率跳變示例如圖4所示，用戶的載波頻率呈階梯狀跳變。該圖示出了在傳輸話音的載波內(nèi)進(jìn)行TDM與FH相結(jié)合的工作原理。在每個(gè)時(shí)隙內(nèi)，用五個(gè)載波傳輸五個(gè)用戶的話音，分別用不同圖案表示；相鄰的時(shí)隙內(nèi)，通過FH方式使得傳送用戶話音業(yè)務(wù)的載波發(fā)生階梯跳變。這樣，實(shí)現(xiàn)了OFDMA、TDM和FH的有益結(jié)合。
考慮到話音和視頻業(yè)務(wù)有不同的業(yè)務(wù)特征和業(yè)務(wù)要求，如話音業(yè)務(wù)要求實(shí)時(shí)性強(qiáng)，而視頻業(yè)務(wù)要求低的誤比特率，下面分別討論其資源分配方法。先作以下定義系統(tǒng)有Ntot個(gè)載波和K個(gè)用戶接入，每個(gè)載波只能被一個(gè)用戶利用，給用戶k分配的載波數(shù)為N(k)，為用戶分配N(k)個(gè)用于傳輸視頻業(yè)務(wù)的載波，其余的N(k)-Nvideo(k)=Nvoice(k)]]>個(gè)載波用于傳輸音頻業(yè)務(wù)，(A)用戶k的第n個(gè)載波的信道噪聲比為Hk,n=hk,n2N0B/N,]]>其中hk，n為用戶k的第n個(gè)載波的信道增益，N0為白高斯噪聲功率譜密度，B為信道帶寬，噪聲功率σ2＝N0B/N；若分配給用戶k的第n個(gè)載波的功率為pk，n，則該用戶的接收信號(hào)噪聲比為SNRk，n＝pk，nHk，n，pk，n滿足總功率約束Σk=1KΣn=1Npk,n≤Ptot,]]>Ptot為總功率；(B)采用方形MQAM調(diào)制，其誤比特率(BER)與用戶的接收信號(hào)噪聲比的近似函數(shù)關(guān)系為BER≈0.2exp[-1.6SNRk,n2rk,n-1];]]>以及(C)由定義(B)知用戶k的第n個(gè)載波的速率為rk,n=log2(1+SNRk,nΓ),]]>其中Γ＝-ln(5BER)/1.6；用戶k的速率為Rk=Σn=1N(k)BN(k)ρk,nrk,n,]]>N(k)為分配給用戶k的載波數(shù)，ρk，n∈
表示其取值僅為1或0，取決于載波n是否被分配給用戶k，如果載波n被分配給用戶k，則ρk，n＝1，否則ρk，n＝0；系統(tǒng)的吞吐量為R=Σk=1KRk;]]>針對視頻業(yè)務(wù)的特征，其資源分配的目標(biāo)是在一定誤比特率、功率等約束條件下，使系統(tǒng)吞吐量,maxΣk=1KΣn=1Nvideo(k)BNvideo(k)ρk,nlog2(1+SNRk,nΓ)]]>最高，同時(shí)滿足以下約束條件1)Σk=1KΣn=1Nvideo(k)pk,n≤Ptot(video);]]>2)ρk，n∈
；3)BER≤BERreq。
其中，Nk(video)為分配給用戶k視頻業(yè)務(wù)的載波數(shù)，Ptot(video)為視頻載波的總功率，BERreq為要求誤比特率。
解決該問題的一種方法是找到用戶的最大信道噪聲比的載波，并把該載波分配給用戶；同時(shí)，根據(jù)用戶的速率和誤比特率要求，利用定義(B)、(C)中的公式計(jì)算出分配給每個(gè)用戶的功率，如圖5。其中，載波分配算法如圖6所示，步驟如下S601，對任意的用戶k∈[1，K]，載波n∈[1,Nvideo(k)],]]>未給用戶k分配載波n；定義待分配的載波集合為N=12···ΣkNvideo(k)]]>S602，計(jì)數(shù)初始化步驟，用戶初始化計(jì)數(shù)k＝1，分配給用戶k的載波初始化計(jì)數(shù)i＝0；S603，計(jì)算步驟，在集合N＝范圍內(nèi)，計(jì)算各載波信道噪聲比，比較并獲得最高信道噪聲比的載波n；S604，分配步驟，分配載波n給用戶k傳輸視頻業(yè)務(wù)；S605，載波集合更新步驟，更新載波集合，即從總載波集中減去已分配的載波N＝N-{n}；S606，用戶k載波集合更新步驟，更新分配給用戶k載波計(jì)數(shù)i＝i+1；S607，判斷步驟，若i不大于Nvideo(k)，則轉(zhuǎn)到計(jì)算步驟，在下一時(shí)隙對用戶k分配載波；否則，轉(zhuǎn)到下一步處理；S608，用戶更新步驟，更新用戶計(jì)數(shù)k＝k+1；S609，判斷步驟，若k不大于K，則轉(zhuǎn)到計(jì)算步驟繼續(xù)處理；否則，結(jié)束。
話音(音頻)業(yè)務(wù)的特征是其要求的傳輸速率較低，且一般保持不變。相對來說，其資源分配的要求，較之視頻業(yè)務(wù)低，為使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度低，本發(fā)明中，對話音業(yè)務(wù)的資源分配采用與視頻業(yè)務(wù)相同的分配方法，與視頻載波分配相比，不同之處在于載波集合為音頻載波集。話音業(yè)務(wù)的功率分配步驟與視頻業(yè)務(wù)相同，不再重述。
獲得分配給每個(gè)用戶的載波后，需要對各載波進(jìn)行功率分配。功率分配時(shí)，首先，根據(jù)要求的誤比特率和傳輸速率，由公式BER≈0.2exp[-1.6SNRk,n2rk,n-1]]]>計(jì)算出用戶的接收信號(hào)噪聲比為SNRk，n；然后，根據(jù)信道估值和公式SNRk，n＝pk，nHk，n，計(jì)算得到分配給用戶k的每個(gè)載波的功率。
實(shí)施例2多天線OFDM考慮采用空分復(fù)用工作模式的MIMO OFDM系統(tǒng)的下行鏈路(廣播信道)，發(fā)送端(基站BS)安裝NT幅天線，在每個(gè)用戶接收端安裝NR幅天線。
根據(jù)本發(fā)明的MTMO OFDM系統(tǒng)的實(shí)施例如圖7所示。
在發(fā)送端，輸入比特流經(jīng)串/并變換701后復(fù)用到每根發(fā)射天線端；對每根天線支路端的比特流，采用編碼器702～702’對輸入比特流進(jìn)行信道編碼以抗噪聲；采用交織器703～703’對編碼輸出進(jìn)行交織處理以降低比特流相關(guān)性；采用調(diào)制器704～704’將交織器輸出的比特流調(diào)制為符號(hào)流；插入導(dǎo)頻模塊705～705’完成在發(fā)送符號(hào)流中插入用于定時(shí)、信道估計(jì)的導(dǎo)頻序列；采用IDFT處理器706～706’對調(diào)制符號(hào)流作Nc點(diǎn)逆離散傅氏變換；CP模塊707～707’對IDFT處理后的符號(hào)流加入循環(huán)前綴；預(yù)濾波(發(fā)射濾波)器708對多天線發(fā)送信號(hào)預(yù)處理后，射頻鏈709～709’把基帶符號(hào)經(jīng)載波調(diào)制后通過天線710～710’發(fā)射到信道。
在接收端，RX模塊713～713’、720～720’把從天線端712～712’、720～720’接收到的載波信號(hào)下變頻為基帶符號(hào)；同步模塊714、722完成幀同步、跟蹤；接收濾波器715、723的功能與預(yù)濾波器相對應(yīng)，補(bǔ)償接收信號(hào)；移除CP模塊716～716’、724～724’把OFDM符號(hào)的循環(huán)前綴刪除；DFT模塊717～717’、725～725’進(jìn)行Nc點(diǎn)離散傅氏變換；信道估計(jì)718、726模塊利用發(fā)送的導(dǎo)頻序列估計(jì)出信道增益，并利用反饋信道把估計(jì)結(jié)果反饋到發(fā)送端載波選擇模塊；DFT變換后的信號(hào)經(jīng)解跳、解調(diào)、解交織、譯碼719、727后恢復(fù)信息比特流。
發(fā)送端載波分配模塊711根據(jù)每個(gè)用戶的接收信噪比等信息為視頻、話音業(yè)務(wù)分配載波，其中對傳送話音的載波進(jìn)行跳頻擴(kuò)頻，并把分配結(jié)果送到發(fā)射端IDFT模塊706～706’，在這些模塊內(nèi)根據(jù)載波分配信息形成OFDM符號(hào)。
空分復(fù)用工作模式的MIMO系統(tǒng)的主要優(yōu)勢是能獲得高的信道容量(頻譜效率)。對空分復(fù)用多天線系統(tǒng)，設(shè)發(fā)射信號(hào)為x，預(yù)濾波后為x＝Vx，經(jīng)信道H傳輸后的信號(hào)為y＝Hx+w＝HVx+w，接收濾波后信號(hào)向量y，且y＝UHy＝UH(HVx+w)，其中U為發(fā)射預(yù)濾波陣和V為接收濾波陣，上標(biāo)“T”表示轉(zhuǎn)置，上標(biāo)“H”表示矩陣的Hermite轉(zhuǎn)置，信道矩陣 其中元素hij為發(fā)射天線i到接收天線j的信道衰落系數(shù)。當(dāng)接收端利用反饋信道把信道狀態(tài)信息返送到發(fā)送端后，對信道矩陣進(jìn)行特征值(SVD)分解，得到H＝UΛVH，酉陣U、V滿足UUH＝I，VVH＝I；對角陣Λ＝diag(λ1λ2…λk)，λ1＞λ2＞…＞λk為H的特征值，故接收濾波輸出y＝UH(UΛVH)(Vx)+UHw＝Λx+w，式中w為噪聲?？梢?，通過特征值分解，可以把MIMO信道分解成并行獨(dú)立的多個(gè)單輸入單輸出(SISO)信道，分解得到的并行子信道個(gè)數(shù)等于H中非零特征值的個(gè)數(shù)。這樣，可以把前述單天線OFDM系統(tǒng)的資源分配方法應(yīng)用到多天線OFDM系統(tǒng)中，對該算法的流程和描述見實(shí)施例1，這里不再贅述。
盡管已經(jīng)針對典型實(shí)施例示出和描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行各種其他的改變、替換和添加。因此，本發(fā)明不應(yīng)該被理解為被局限于上述特定實(shí)例，而應(yīng)當(dāng)由所附權(quán)利要求所限定。
權(quán)利要求
1.一種多用戶正交頻分復(fù)用無線多媒體系統(tǒng)中的資源分配方法，包括視頻載波分配步驟，針對多個(gè)用戶中的每一個(gè)，在特定時(shí)刻，依次將對所述一個(gè)用戶具有最大信道噪聲比的、用于傳輸視頻業(yè)務(wù)的載波分配給所述用戶；；音頻載波分配步驟，將用于傳輸音頻業(yè)務(wù)的載波分配給每個(gè)用戶；以及功率分配步驟，根據(jù)各個(gè)用戶的速率、誤比特率要求和分配給各個(gè)用戶的音、視頻載波數(shù)，計(jì)算要分配給各個(gè)用戶的功率，并將所計(jì)算出的功率分配給每個(gè)用戶。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的資源分配方法，其特征在于針對用于傳輸音頻業(yè)務(wù)的載波，采用時(shí)分復(fù)用方式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的資源分配方法，其特征在于在音頻載波中，采用跳頻方案抗多小區(qū)干擾。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的資源分配方法，其特征在于在所述音頻載波分配步驟中，針對多個(gè)用戶中的每一個(gè)，在特定時(shí)刻，依次將對所述一個(gè)用戶具有最大信道噪聲比的、用于傳輸音頻業(yè)務(wù)的載波分配給所述用戶；。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的資源分配方法，其特征在于包括定義以下參數(shù)的步驟系統(tǒng)有Ntot個(gè)載波和K個(gè)用戶接入，每個(gè)載波只能被一個(gè)用戶利用，給用戶k分配的載波數(shù)為N(k)，為用戶分配Nvideo(k)個(gè)用于傳輸視頻業(yè)務(wù)的載波，其余的N(k)-Nvideo(k)=Nvoice(k)]]>個(gè)載波用于傳輸音頻業(yè)務(wù)，(A)用戶k的第n個(gè)載波的信道噪聲比為Hk,n=hk,n2N0B/N,]]>其中hk，n為用戶k的第n個(gè)載波的信道增益，N0為白高斯噪聲功率譜密度，B為信道帶寬，噪聲功率σ2＝N0B/N；若分配給用戶k的第n個(gè)載波的功率為pk，n，則該用戶的接收信號(hào)噪聲比為SNRk，n＝pk，nHk，n，pk，n滿足總功率約束Σk=1KΣn=1Npk,n≤Ptot,]]>Ptot為總功率；(B)采用方形MQAM調(diào)制，其誤比特率(BER)與用戶的接收信號(hào)噪聲比的近似函數(shù)關(guān)系為BER≈0.2exp[-1.6SNRk,n2rk,n-1];]]>以及(C)由定義(B)知用戶k的第n個(gè)載波的速率為rk,n=log2(1+SNRk,nΓ),]]>其中Г＝-ln(5BER)/1.6；用戶k的速率為Rk=Σn=1N(k)BN(k)ρk,nrk,n,]]>N(k)為分配給用戶k的載波數(shù)，ρk，n∈
表示其取值僅為1或0，取決于載波n是否被分配給用戶k，如果載波n被分配給用戶k，則ρk，n＝1，否則ρk，n＝0；系統(tǒng)的吞吐量為R=Σk=1KRk;]]>其中所述視頻載波分配步驟包括初始化步驟，對任意的用戶k∈[1，K]，載波n∈[1,Nvideo(k)],]]>未給用戶k分配載波n；定義待分配的載波集合為N=12···ΣkNvideo(k);]]>計(jì)數(shù)初始化步驟，用戶初始化計(jì)數(shù)k＝1，分配給用戶k的載波初始化計(jì)數(shù)i＝0；計(jì)算步驟，在集合N＝范圍內(nèi)，計(jì)算各載波信道噪聲比，比較并獲得最高信道噪聲比的載波n；分配步驟，分配載波n給用戶k傳輸視頻業(yè)務(wù)；載波集合更新步驟，更新載波集合，即從總載波集中減去已分配的載波N＝N-{n}；用戶載波集合更新步驟，更新分配給用戶k的載波計(jì)數(shù)i＝i+1；判斷步驟，若i不大于Nvideo(k)。，則轉(zhuǎn)到計(jì)算步驟在下一時(shí)隙對用戶k分配載波；否則，轉(zhuǎn)到下一步處理；用戶更新步驟，更新用戶計(jì)數(shù)k＝k+1；判斷步驟，若k不大于K，則轉(zhuǎn)計(jì)算步驟繼續(xù)處理；否則，結(jié)束。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的資源分配方法，其特征在于所述功率分配步驟包括根據(jù)要求的誤比特率和傳輸速率，由公式BER≈0.2exp[-1.6SNRk,n2rk,n-1]]]>計(jì)算出用戶的接收信號(hào)噪聲比為SNRk，n；以及根據(jù)信道估值和公式SNRk，n＝pk，nHk，n，計(jì)算分配給用戶k的每個(gè)載波的功率。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的資源分配方法，其特征在于所述音頻載波分配步驟包括定義待分配的載波集合為N=12···ΣkNvoice(k),]]>在集合N＝范圍內(nèi)，計(jì)算各載波信道噪聲比，比較并獲得最高信道噪聲比的載波n；分配載波n給用戶k用于傳輸音頻業(yè)務(wù)；更新載波集合，從總載波集中減去已分配的載波N＝N-{n}，并將分配用戶k的載波計(jì)數(shù)i加1；判斷i是否不大于Nvoice(k)，若是則轉(zhuǎn)到計(jì)算步驟，在下一時(shí)隙對用戶k分配載波；否則，轉(zhuǎn)到下一步處理；針對下一個(gè)用戶進(jìn)行判斷，如果所述下一個(gè)用戶不是分配載波的最后一個(gè)用戶，則轉(zhuǎn)到計(jì)算各載波信道噪聲比的步驟繼續(xù)迭代處理；否則，所述音頻載波分配結(jié)束。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7中的任何一項(xiàng)所述的資源分配方法，其特征在于所述多用戶正交頻分復(fù)用系統(tǒng)是多用戶單天線正交頻分復(fù)用系統(tǒng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到7中的任何一項(xiàng)所述的資源分配方法，其特征在于所述多用戶正交頻分復(fù)用系統(tǒng)是多用戶多天線正交頻分復(fù)用系統(tǒng)。
10.一種多用戶多天線正交頻分復(fù)用無線多媒體系統(tǒng)的資源分配方法，包括步驟發(fā)送端發(fā)射導(dǎo)頻序列，接收端估計(jì)信道增益矩陣系數(shù)，并利用反饋信道把該信息返送到發(fā)送端；發(fā)送端對信道矩陣進(jìn)行特征值分解，從而將多天線信道分解為并行獨(dú)立的多個(gè)單輸入單輸出信道；以及針對所述多個(gè)單輸入單輸出信道，應(yīng)用根據(jù)權(quán)利要求1到7中的任何一項(xiàng)所述的資源分配方法。
全文摘要
本發(fā)明為一種多用戶單/多天線OFDM無線多媒體系統(tǒng)的資源分配方法。先為用戶分配傳輸視頻的載波，其余載波用于傳輸話音，解決所有載波傳輸話音時(shí)系統(tǒng)帶寬資源耗費(fèi)問題；在傳送話音的載波內(nèi)采用時(shí)分復(fù)用方式，以進(jìn)一步減小帶寬耗費(fèi)；在分配給話音的載波內(nèi)，采用跳頻方案抑制其他小區(qū)的干擾；針對多媒體業(yè)務(wù)的特征，資源分配時(shí)，找到用戶的最大信道噪聲比的載波，并把該載波分配給用戶；然后，根據(jù)用戶的速率和誤比特率要求，計(jì)算并給每個(gè)用戶分配功率，以滿足業(yè)務(wù)的要求。
文檔編號(hào)H04L27/26GK1829131SQ200510053159
公開日2006年9月6日 申請日期2005年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月4日
發(fā)明者黎海濤, 李繼峰 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社