專利名稱：在正交頻分多址網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)資源分配的方法與系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信系統(tǒng)的資源分配技術(shù)，特別涉及一種在正交頻分多址(Orthogonal Frequency Division Multiple Access, OFDMA )網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)資源分配的方法與系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
無線多址通信系統(tǒng)中，在特定小區(qū)內(nèi)，無線業(yè)務(wù)信道資源，如帶寬和時(shí) 間間隔，由所有的無線終端，如移動(dòng)單元，共享。業(yè)務(wù)信道資源的分配可以 直接影響到業(yè)務(wù)信道資源的利用以及獨(dú)立無線終端用戶享受到的服務(wù)質(zhì)量 (Quality of Services, QoS ),因此，有效地分配業(yè)務(wù)信道資源非常重要。 基于正交步貞分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM )的 多址系統(tǒng)就是這樣的無線通信系統(tǒng)。作為調(diào)制方案和多址方案的結(jié)合，OF DM將通信信道分段給多個(gè)用戶共 享。時(shí)分多址(Time Division Multiple Access, TDMA )以時(shí)間分段，碼分 多址(Code Division Multiple Access, CDMA)以擴(kuò)頻碼分l殳，而OFDM以 頻率分段。OFDM將頻譜分成許多等距音(tone),每個(gè)音攜帶用戶的部分 信息。因?yàn)镺FDM可被視為頻分復(fù)用(frequency division multiplexing, FDM ) 的形式，所以每個(gè)等距音也可以被稱為頻率子載波。特別地，OFDM具有音 與音之間互相正交、音頻譜可以迭加的重要特性。另外，由于這些音是互相 正交的，音與音之間不會(huì)互相干擾。由于音頻譜可以迭加，所需的頻譜總數(shù) 降低了 。由于可以為不同用戶分配單音或音組，所以O(shè)FDM也可以凈皮一見為一種 多址技術(shù)。多個(gè)用戶以這種模式共享給定帶寬就形成了稱為正交頻分多址的系統(tǒng)，或OFDMA系統(tǒng)。當(dāng)用戶要傳輸信息時(shí)，為每個(gè)用戶分配預(yù)定音數(shù)； 或者，基于用戶需要傳輸信息的數(shù)量為用戶分配可變的音數(shù)。分配過程由媒 體接入控制(Media Access Control, MAC)層控制，MAC層基于用戶需求調(diào)度資源分配。OFDMA是一種多個(gè)用戶使用OFDM進(jìn)行多址接入的系統(tǒng)。在現(xiàn)有的 OFDMA數(shù)據(jù)傳輸裝置中，提出了在實(shí)現(xiàn)多址接入時(shí)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)頻分和時(shí)分 的方法。另外，為了提高糾錯(cuò)能力，可以在頻率方向和時(shí)間方向上進(jìn)行分集。因?yàn)镺FDM表現(xiàn)出的強(qiáng)抗頻率選擇性衰減特性，最近制定的802.16標(biāo) 準(zhǔn)使用OFDM作為物理層傳輸?；贠FDM的網(wǎng)絡(luò)可以為用戶提供比WiFi 網(wǎng)絡(luò)(802.11 )更大覆蓋范圍的高速率服務(wù)?；贠FDM的網(wǎng)絡(luò)也可以支持 服務(wù)質(zhì)量(QoS)業(yè)務(wù)，而且802.16e還可以支持有限的移動(dòng)性。OFDM網(wǎng) 絡(luò)中，可以在頻域、時(shí)域和功率域調(diào)度資源。下行鏈路中，用戶可達(dá)到的速 率隨著所分配子載波(在頻域)數(shù)目、所分配OFDMA符號(在時(shí)域)數(shù)目 和所分配基站(Base Station, BS)的功率比例的增加而增大。上行鏈路中 除了對每個(gè)用戶終端(Subscriber Station, SS )的總傳輸功率有一定限制之 外，其他與下行鏈路相同。上行鏈路和下行鏈路的資源分配都由BS執(zhí)行。最近提出了下行鏈路的資源調(diào)度問題?，F(xiàn)有的方法集中于全緩沖業(yè)務(wù)總 速率容量的最大化。頻率調(diào)度(frequency dependent scheduling )問題可以使 用基于效用的方法來解決。另一個(gè)方法集中于分散式子載波信道。但是，這 些方法只考慮了單一類型用戶的情況。即只考慮了要求頻率調(diào)度的用戶(如 局部資源信道Localized Resource Channel, LRCH用戶)或只考慮了要求頻 率分集信道用戶(如分散式資源信道Distributed Resource Channel, DRCH 用戶)的資源分配，而沒有考慮混合類型用戶的資源分配。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的實(shí)施例提供了 一種在OFDMA中實(shí)現(xiàn)資源分配的方法和系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)要求頻率分集信道用戶與要求頻率調(diào)度的用戶的資源分配。本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種在正交頻分多址OFDMA網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)資源分配 的方法，該方法包4舌為所述LRCH用戶組和所述DRCH用戶組中的每個(gè)用戶提供效用函數(shù)，所 述效用函數(shù)為凹函數(shù)并且為非減函數(shù)；使用所述LRCH用戶組和所述DRCH用戶組的效用函數(shù)提出資源分配目標(biāo)；為所述LRCH用戶組和所述DRCH用戶組分配資源，實(shí)現(xiàn)所述資源分 配目標(biāo)。本發(fā)明的實(shí)施例還提供了一種在正交頻分多址OFDMA網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)資源分 配的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包^r:正交頻分多址OFDMA網(wǎng)絡(luò)； 分散式資源信道DRCH用戶組； 局部資源信道LRCH用戶組；其中效用函數(shù)，所述效用函數(shù)為凹函數(shù)并且為非減函數(shù)；所述LRCH用戶組和所述DRCH用戶組的每個(gè)用戶的效用函數(shù)用于提供資 源分配目標(biāo)；所述OFDMA網(wǎng)絡(luò)的下行鏈路資源被分配給所述LRCH用戶組或所述 DRCH用戶組以實(shí)現(xiàn)所述資源分配目標(biāo)。本發(fā)明的實(shí)施例還提供了另外一種在正交頻分多址OFDMA網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)資 源分配的方法，該方法包括為所述LRCH用戶組的每個(gè)用戶和所述DRCH用戶組的每個(gè)用戶分配效用 函數(shù)，所述分配給LRCH或DRCH用戶的效用函數(shù)為所述LRCH或DRCH用 戶吞吐量的對數(shù)函數(shù)；提供分界類型來劃分至少一個(gè)數(shù)據(jù)幀，其中所述至少一個(gè)數(shù)據(jù)幀包括多個(gè) 分散式資源信道DRCH和多個(gè)局部資源信道LRCH，所述LRCH跨越所述至少一個(gè)數(shù)據(jù)幀上的有限個(gè)符號；為所述多個(gè)DRCH選擇隙的數(shù)目；最大；將所述多個(gè)DRCH分配給所述DRCH用戶組使所述DRCH用戶組的效用 和最大；重復(fù)前面三個(gè)步驟直到所述LRCH用戶組和所述DRCH用戶組的效用總和 最大；其中，所述多個(gè)LRCH和所述多個(gè)DRCH的隙的總數(shù)是給定的，所述 LRCH用戶組的每個(gè)用戶或所述DRCH用戶組的每個(gè)用戶具有有限的數(shù)據(jù) 隊(duì)列，傳輸功率在所述至少一個(gè)數(shù)據(jù)幀的每個(gè)符號的所有隙之間平均分布。可以看出，利用本發(fā)明的實(shí)施例所4是供的方案，可以同時(shí)為OFDMA網(wǎng) 絡(luò)中要求頻率分集的信道用戶與要求頻率調(diào)度的用戶，如DRCH用戶與 LRCH用戶，分配資源。


圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例中具有一分界類型的前向鏈路幀。 圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例中具有另一分界類型的前向鏈路幀。 圖3示出了本發(fā)明實(shí)施例中為具有比例公平效用的LRCH用戶分配隙算 法的一段偽碼。圖4示出了本發(fā)明實(shí)施例中為具有比例公平效用的DRCH用戶分配隙 算法的一段偽碼。圖5示出了本發(fā)明實(shí)施例在給定的資源之間進(jìn)行最優(yōu)劃分并分配給 LRCH和DRCH用戶的 一段偽碼。
具體實(shí)施方式
為使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解和應(yīng)用本發(fā)明，以下對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。這里所述的一般原理適用于除了以下具體描述實(shí)施例之外但包含在本發(fā) 明所述的精神和保護(hù)范圍之內(nèi)的所有實(shí)施例和應(yīng)用中。本發(fā)明的保護(hù)范圍并 不僅僅局限于所述實(shí)施例，而是包括所有符合本發(fā)明所述原理和特征在內(nèi)的 最寬的范圍。參見圖l和圖2，圖l和圖2示出了由具有不同分界類型的多個(gè)正交頻 分復(fù)用(OFDM)符號組成的前向鏈路幀。每個(gè)符號由多個(gè)子載波或音組成。 單個(gè)符號的特定數(shù)目的連續(xù)子載波的集合叫做隙。隙以特定模式合并形成信 道。例如，矩形塊的隙可用于提供局部資源信道(Localized Resource Channel, LRCH) 。 LRCH用于具有頻率選擇性衰減優(yōu)勢的頻率調(diào)度?？梢酝ㄟ^選擇 頻率和時(shí)間上都是分散式的隙來構(gòu)造信道。這樣可以減小信道上所獲得信號與干擾及噪音的比率(Signal to Interference and Noise Ratio, SINR)的變化， 尤其當(dāng)信道所分的隙在幀與幀之間變化時(shí)。由于所選定的資源都散布在時(shí)域 和頻域上，所以這樣的信道就稱為分散式資源信道(Distributed Resource Channel, DRCH ) ， DRCH應(yīng)用于要求頻率分集的情況(如時(shí)延敏感應(yīng)用， 近似確定性維護(hù)為頻率分集保持時(shí)延需求)。圖l和圖2中分別示出了 LRCH 和DRCH信道。每個(gè)隙由具有固定數(shù)目連續(xù)子載波的一個(gè)符號組成。因而，在圖l和圖2中，垂直方向以隙來區(qū)分，但是每一個(gè)隙都由多個(gè)子載波組成。LRCH或DRCH信道可以通過多種方法來構(gòu)造及合并。本發(fā)明實(shí)施例通過在公式中給 定一些適當(dāng)?shù)募s束條件來使用任意的方法。本發(fā)明實(shí)施例中，考慮兩個(gè)簡單的具有一些實(shí)際優(yōu)勢的構(gòu)造選項(xiàng)。圖i中，首先分配LRCH信道，然后分配 DRCH信道。每個(gè)LRCH信道跨越有限個(gè)符號。兩種類型信道的分界可以通 過單個(gè)參數(shù)，即分配給DRCH區(qū)的隙數(shù)，來唯一確定。這種方法適用于當(dāng) DRCH信道數(shù)很小的時(shí)候。圖2中，每個(gè)LRCH跨越所有符號，剩余隙用于 DRCH信道。這種方案適用于當(dāng)LRCH信道數(shù)很小的時(shí)候。在這種情況下， 用信號標(biāo)記LRCH分配，剩余的隙用于DRCH分配?？梢杂么_定性〃^式來 計(jì)算哪個(gè)隙分給哪個(gè)用戶。為了降低小區(qū)間干擾，可以動(dòng)態(tài)改變DRCH區(qū)的隙分配。這樣就可以避免相鄰扇區(qū)/小區(qū)的分配之間的持續(xù)碰撞。但是， 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，也可以4吏用于資源分配的隨才幾過程。也可以使用其他向用戶終端(ss)指示分界的方法。在一個(gè)為LRCH區(qū)分配資源的實(shí)施例中，可以為每個(gè)用戶分配該用戶吞 吐量的效用函數(shù)，目標(biāo)是使所有LRCH用戶的總效用最大化。用戶之間的效 用函數(shù)各不相同，但效用函數(shù)都為凹函數(shù)并且為非減函數(shù)。每個(gè)用戶在其緩 存中具有有限數(shù)量的待傳輸數(shù)據(jù)。但是，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，有 限緩沖業(yè)務(wù)才莫型是像IP語音(Voice over IP， VoIP )等低速率和時(shí)延敏感業(yè) 務(wù)所必需的?？梢允褂煤唵涡в煤瘮?shù)，如用戶的平均吞吐量。這種情況下， 最大化該效用函數(shù)等同于最大化該用戶的吞吐量。也可以使用其他更多復(fù)雜 的效用函數(shù)。這些效用函數(shù)包括但不限于具有比例公平用戶吞吐量 (proportionally fair user throughput)的對數(shù)函數(shù)以及用于提供服務(wù)質(zhì)量 (QoS )保證的障礙函數(shù)(Barrier funciton )。多組頻率上連續(xù)的隙形成LRCH信道，每個(gè)LRCH組的用戶終端(SS ) 周期性地報(bào)告每個(gè)LRCH信道的前向鏈路信號與干擾及噪聲的比率(SINR)。 而DRCH組的用戶會(huì)報(bào)告整個(gè)帶寬的平均SINR?？梢酝瑫r(shí)在兩個(gè)維度上進(jìn) 行最優(yōu)化為SS分配信道和為隙分配功率。與前者相比，后者的優(yōu)化可能 產(chǎn)生較小的性能增益(在靜態(tài)分配中)。資源分配基于隙單元實(shí)現(xiàn)。本實(shí)施例中，有7V個(gè)用戶，即W個(gè)用戶終 端(SS),和每幀有r個(gè)OFDM符號的M個(gè)子信道，即每個(gè)符號有M個(gè)隙。 這樣，每幀具有總共MT個(gè)隙?；?BS)可以為每個(gè)時(shí)隙的下行鏈路子信 道分配至多P瓦特。而且，功率在每個(gè)符號的M個(gè)隙間平均分配，則分配 給每個(gè)隙的功率由/ =尸/#給出。用戶終端z'在符號的隙乂接收的每單位傳輸 功率的SINR用g,.,.來表示。因此，如果使用傳輸功率/ 來傳輸隙j的包，那么接收到的信號的SINR就是p&,對于給定的SINR,可以確定合適的調(diào)制和編碼方案。因此，可以確定傳輸幀攜帶的最大凈荷。SINR與速率間的映射函數(shù)形狀非常接近于具有有 效帶寬B的香農(nóng)(Shannon)容量函數(shù)。本實(shí)施例使用對所有調(diào)制和編碼方 案為常量的開銷百分?jǐn)?shù)。將這個(gè)開銷因子包括進(jìn)B,求解函數(shù)就會(huì)給出具體 的數(shù)據(jù)凈荷速率。另外，由于使用自然對數(shù)代替以2為底的對數(shù)，所以在因 子5的計(jì)算中要考慮對數(shù)因子。標(biāo)準(zhǔn)化為有限帶寬B的香農(nóng)速率以d來表 示，所以有^/:ln(1 其中g(shù)表示SINR。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，除了本發(fā)明實(shí)施例中使用的將SINR映射到速率的實(shí)函數(shù)之外，還可以 使用其他方法。這些其他方法包括但不限于將報(bào)告的SINR映射到一組固定 速率的表。在幀開始被調(diào)度時(shí)，用戶的平均吞吐量用r來表示。每個(gè)用戶可以分配達(dá)到吞吐量用戶的效用，該效用以t/(r)表示。但是，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可 以理解，本發(fā)明實(shí)施例也可以使用基于其他指標(biāo)(例如隊(duì)列大小，時(shí)延等等) 的效用函數(shù)。令;V表示判定變量，如果符號/的隙7'分配給了用戶終端/,則~,等于 1,否則等于0。令X表示iVxMx r矩陣，其中項(xiàng)(/，_/，0等于~,。因此，用 《表示的用戶z'可以達(dá)到的總速率(如前所述進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化)由下式給出一 (1)令r,和巧分別表示用戶終端/在幀傳輸開始前和開始后的平均吞吐量。使用可達(dá)到的總速率《.來更新用戶終端z'的吞吐量如下所示^(X) = or,+(1- K(X) (2) 其中0<OC<1為基于所需時(shí)間幀選定的過濾常數(shù)，通過過濾常數(shù)可以使 效用需求平均化，且^可以由公式(1 )得到。相關(guān)幀傳輸前用戶數(shù)據(jù)隊(duì)列的大小用《來表示。由于每個(gè)用戶的數(shù)據(jù)隊(duì) 列都是有限的，所以當(dāng)有效數(shù)據(jù)可以被填滿時(shí)，需要確保用戶只有調(diào)度的隙。 對于給定的分配AT,用戶終端/可能達(dá)到的速率為B^(A0kbps。如果符號的持續(xù)時(shí)間用r表示，那么隊(duì)列限制就變成了丑<formula>formula see original document page 17</formula>在一個(gè)實(shí)施例中，結(jié)果最優(yōu)化問題可以用公式表達(dá)并使用梯度上升算法 解決。下面描述這種算法。結(jié)合傳輸開始前評估的判定變量目標(biāo)函數(shù)的導(dǎo)^:，即所有LRCH用戶的效用和由下式給出<formula>formula see original document page 17</formula> (3)
梯度上升算法可以在所有的子信道和時(shí)隙執(zhí)行?？梢园l(fā)現(xiàn)具有最大梯度 的三元組A/,",這樣對于相應(yīng)的隙，用戶擁有充足的數(shù)據(jù)?？梢詾橄鄳?yīng)用戶/分配符號f的隙7'。然后，更新用戶i的吞吐量，因?yàn)樘荻仁苡脩舻耐掏?量增加的影響。接著，基于用戶隙傳輸?shù)膬艉蓽p小用戶的隊(duì)列大小仏。重復(fù) 該過程，直到分配了所有的隙或所有的數(shù)據(jù)隊(duì)列都為空。實(shí)際應(yīng)用中，存在 一個(gè)可以支持的最小速率。當(dāng)"^)=〃時(shí)，具有最大的吞吐量。這種情況下，t/(r)的導(dǎo)數(shù)可以簡單 歸一化，因此根據(jù)公式(3),最大梯度用戶就是具有l(wèi)n(l+/ &.)最大值的用戶。因而，容易看到最大梯度過程為具有最大可達(dá)速率的用戶分配每個(gè)隙時(shí)， 相對該隙，該用戶都有充足的數(shù)據(jù)。當(dāng)￡/^ =出0)時(shí)，可以獲得比例公平速 率并且"'(0 = 1〃。圖3提供了這種類型效用函數(shù)的一段偽碼。該算法迭代 選擇具有最大梯度的隙，將其分配給相應(yīng)的用戶，更新該用戶的吞吐量和隊(duì) 列大小，然后再重復(fù)該過程。在DRCH區(qū)分配資源的另一個(gè)實(shí)施例中，整個(gè)幀由一個(gè)單獨(dú)的DRCH 區(qū)組成。該實(shí)施例包括iV個(gè)用戶和每幀有r個(gè)數(shù)據(jù)符號的M個(gè)子信道，即 每個(gè)符號有似隙。基站(BS)可以為每個(gè)時(shí)隙的下行鏈路子信道分配至多 尸瓦特。而且，為每個(gè)隙分配的功率由；？^^/VM表示。本實(shí)施例中，對于每 個(gè)用戶，用戶終端都要向該用戶報(bào)告所有子載波的平均載波干擾(C/I)比， 所以特定用戶終端接收到的信號SINR對于所有時(shí)隙都是相同的。每單位傳 輸功率用戶終端接收到的信號SINR用g來表示。因而，如果用傳輸功率p 在信道上傳輸數(shù)據(jù)包，那么接收到的信號的SINR為pg。由于對所有隙，功率和SINR都相同，所以對于任何隙位置，用戶終端 可達(dá)到的隙速率都相同。因此，僅需要確定分配給每個(gè)用戶的隙數(shù)目?？梢?用一些預(yù)定的方式來分配用戶的隙。分配給用戶終端f的隙數(shù)目由X,.來表示。因而用戶終端/可達(dá)到的總(標(biāo)準(zhǔn)化)速率由下式給出《似ln(l +孤) 其中p表示隙傳輸功率，g,.表示幀內(nèi)分配給用戶終端/的所有隙中每個(gè) 隙的SINR。在幀開始調(diào)度時(shí)，用戶的平均吞吐量用r來表示。為每個(gè)用戶分配吞吐量的效用函數(shù)UO)。令。.和巧分別表示用戶終端/在幀傳輸開始前和開始后的平均吞吐量。使用x,.可更新吞吐量，如下所示<formula>formula see original document page 18</formula>其中a為過濾常數(shù)。使用LRCH中描述的相同術(shù)語和條件，用分配給每個(gè)用戶終端的隙數(shù)目 作為判定變量，最優(yōu)化問題可以用公式來表達(dá)并使用梯度上升算法解決。對 于比例公平效用函數(shù)，圖4給出了該算法的求解偽碼。在一個(gè)可選實(shí)施例中，資源可以分配給具有混合類型的用戶，包括 LRCH用戶和DRCH用戶。若分配到DRCH和LRCH區(qū)的隙數(shù)目分別可知， 則DRCH用戶的資源分配和LRCH用戶的資源分配可以同時(shí)解決。分配給 DRCH用戶和LRCH用戶的隙數(shù)目可以預(yù)先確定?？蛇x地，也可以在確定對 LRCH和DRCH用戶的最優(yōu)分配時(shí)，分別確定對于LRCH和DRCH區(qū)的最 優(yōu)隙數(shù)目?？梢詾槊總€(gè)用戶分配其吞吐量、時(shí)延、數(shù)據(jù)隊(duì)列大小或其他參數(shù)的效用 函數(shù)，目標(biāo)是使所有LRCH用戶或所有DRCH用戶的總效用最大化。不同 用戶的效用函數(shù)不同。所有效用函數(shù)都為凹函數(shù)并且為非減函數(shù)。參見圖4并結(jié)合圖3，給出了使用比例公平效用來解決隙分配問題的偽 碼。該算法對于DRCH的情況可以看作是LRCH情況的特例，其中對于所 有用戶終端&. = &。換句話說，前向鏈路無線環(huán)境與子信道無關(guān)。下文對此進(jìn)行說明。圖3所示算法中，對于所有/, y,"如果^/ = g,，則^ =ln(l + Pg,)。由 于/對于所有的隙都相同，所以用戶/的可達(dá)速率可以用d,來表示。因此， 該算法找到具有比率《/ S最大值的用戶，并為該用戶終端分配任意 一個(gè)隙。 每次為用戶分配隙^，都將更新隙^的總服務(wù)速率，并基于該用戶新的總 服務(wù)速率更新該用戶的吞吐量。如果全部X,隙都已經(jīng)分配給了用戶終端/， 那么下 一 個(gè)將要分配隙的用戶終端就是對于該隙具有充足數(shù)據(jù)的終端，并且這個(gè)用戶的《/(ar,+(l-a)x,4)為所有用戶中最大的。參見圖4，該算法對于DRCH情況，如果隙x,已經(jīng)分配給了用戶/，那 么下一個(gè)隙將要分配給對該隙擁有充足數(shù)據(jù)的用戶，并且這個(gè)用戶的(x,+A:,.) 最小。若S.被替代，則下一個(gè)條件應(yīng)對應(yīng)于具有最大(1-ctM./(ouvKl-ot)x4) 比率的用戶終端。這正是在LRCH算法中被選定的相同用戶。因而，當(dāng)信道 環(huán)境與子波段無關(guān)時(shí)，LRCH算法與DRCH算法提供了相同的解決方案。由 于兩個(gè)算法都是最優(yōu)化的，所以這是成立的。因此，通過對所有DRCH用 戶設(shè)置&^^ ,可以將LRCH算法應(yīng)用于所有的LRCH和DRCH用戶。如圖1和圖2所示對區(qū)域分界的約束下，可以分別確定分配給LRCH 區(qū)和DRCH區(qū)的最優(yōu)隙數(shù)目。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，若分 界沒有顯示其最優(yōu)性，這也可能不是對LRCH和DRCH資源的最優(yōu)分配。 但是，可以選擇分界方法來簡化設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。給定一個(gè)分界方法可以確定每個(gè)區(qū)域的最優(yōu)大小。下面說明可以用簡單 搜索算法解決的凸規(guī)劃問題。參見圖l和圖2，可以用同樣的方法來確定兩種分界類型下資源的最優(yōu) 分配。在一實(shí)施例中，圖l所示的情況下，給LRCH用戶分配一直到分界點(diǎn) 的資源。如果選擇DRCH用戶進(jìn)行調(diào)度，則為該DRCH用戶分配DRCH區(qū) 內(nèi)的任意一個(gè)隙。在另一實(shí)施例中，圖2所示的情況下，如果需要對LRCH 用戶進(jìn)行調(diào)度，則允許該LRCH用戶跨越整個(gè)符號范圍使用隙。要為DRCH用戶調(diào)度隙只需DRCH區(qū)域存在可用隙即可。由于LRCH用戶使用的那些 隙不會(huì)被用到，所以算法的實(shí)現(xiàn)需要對這些隙進(jìn)行具體安排。分配給DRCH用戶的隙的總數(shù)用^來表示，分配給LRCH用戶的隙的 總數(shù)用t/來表示。其中，& + &必須滿足(^ + ^)^肘7;^71表示每幀的隙的 總數(shù)。令F、(&)表示LRCH用戶最優(yōu)分配的目標(biāo)函數(shù)值，則分配給LRCH 用戶&個(gè)隙。同樣地，令F、(&)表示DRCH用戶最優(yōu)分配的目標(biāo)函數(shù)值， 則分配給DRCH用戶&個(gè)隙。下面的分析可應(yīng)用于函數(shù)F、和尸*丄。在下面的分析中去掉了下標(biāo)并以 函數(shù)尸* 進(jìn)行說明。函數(shù)i^f^只有當(dāng)A為整數(shù)值時(shí)才存在，因?yàn)槊總€(gè)區(qū)域 只能分配整數(shù)個(gè)隙。分段線性函數(shù)F(Q為整數(shù)值&的線性函數(shù)，且對于整數(shù) 值yt等于F(&)。通過放寬整數(shù)隙約束，可以在A取實(shí)數(shù)值時(shí)最優(yōu)化函數(shù)F(Q。 然后，最優(yōu)點(diǎn)顯示最優(yōu)F(A:)的存在，這時(shí)A:為整數(shù)。因而這也是原來整數(shù)約 束問題的最優(yōu)點(diǎn)。第一，F(xiàn)(0顯示為凹函數(shù)，因?yàn)镕(0的導(dǎo)數(shù)顯示為非增函數(shù)，從而F(A:) 的二次導(dǎo)數(shù)為非正的。相應(yīng)地，函數(shù)F(&)為凹函數(shù)。對這兩種算法，每個(gè)連 續(xù)隙都分配給具有最大梯度的用戶。該最大梯度可以為非增函數(shù)。如果該最 大梯度不是非增函數(shù)，該當(dāng)前的最大梯度將大于前面分配的梯度。如果兩種 分配都針對不同的用戶，那么當(dāng)前的最大梯度已經(jīng)在前面的迭代中最大化 了，這就導(dǎo)致了矛盾。如果兩種分配都針對相同的用戶，那么作為分配隙的 函數(shù)的用戶梯度增加意味著其為非凹函數(shù)。這也是一個(gè)矛盾。因此，每次迭 代選定的最大梯度為非減函數(shù)，意味著作為A的函數(shù)的F梯度當(dāng)^:取整數(shù)值 時(shí)為非增函數(shù)。然而，本發(fā)明的實(shí)施例僅僅當(dāng)A為整數(shù)值時(shí)成立。因此，該函數(shù)F(A:) 為凹函數(shù)的觀點(diǎn)不一定總是成立，雖然在大多數(shù)實(shí)際情況下成立。如果使用 原始上升算法(primal ascent algorithm )，則可以保證F(A:)為凹函數(shù)。原始 上升算法中，不是為具有最大梯度的用戶分配隙，而是為具有目標(biāo)函數(shù)最大 增量的用戶分配隙。典型地，兩種算法得到了相同結(jié)果。在原始上升情況下，函數(shù)F(A:)的增量增加是A:的減函數(shù)，因而，該函數(shù)為凹函數(shù)。相應(yīng)地，F(xiàn)、(^)和F、f^)都為凹函數(shù)，且二者之和一定要最大化， 給出最優(yōu)化的^ + ^不大于數(shù)據(jù)隙總數(shù)的約束條件。首先，當(dāng)&和^取整 數(shù)值時(shí)出現(xiàn)最優(yōu)化點(diǎn)。如果不是這種情況，并且如果函數(shù)F、和F、的梯 度不相等，則可以通過減少對較小梯度函數(shù)的分配并增加對其他的分配來增 加目標(biāo)函數(shù)的和。如果在最優(yōu)化時(shí)梯度相等，則除了目標(biāo)函數(shù)和不變的情況， 其他情況都相同(重新分配資源直到獲得整數(shù)解決方案)。求解問題是凹函 數(shù)的一維最大化問題，該問題可以用二進(jìn)制搜索或其他簡單搜索算法來解 決。定義Df^-F、f^+F、fMr-^，則可以分配給DRCH用戶的最優(yōu)隙 數(shù)目由A*=arg maXk/Z)^^給出，剩余的隙分配給LRCH用戶。對于圖l所示的分界，可以使用圖5所示的偽碼獲得D(Q。另外，圖5 示出了對于給定資源劃分的目標(biāo)函數(shù)值。對于圖2所示的分界，可以用相似的方法。這種情況下，可以無限制地 為任意隙分配LRCH。 一旦達(dá)到了 LRCH隙分配的全部分配數(shù)目，則進(jìn)一步 只能分配給DRCH用戶。如果達(dá)到了 DRCH用戶的全部分配數(shù)目，則進(jìn)一 步只能分配給LRCH用戶。最終，對用戶進(jìn)行特定的DRCH隙分配。對兩 種類型的分界，該問題都可以解決，應(yīng)使用可以產(chǎn)生較大目標(biāo)函數(shù)值的類型。 實(shí)際上，不需要對每個(gè)幀都進(jìn)行類型分界和分配，而是在一些特定數(shù)目幀之 后進(jìn)行。為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解或應(yīng)用本發(fā)明，以上給出了本發(fā)明所公 開實(shí)施例的詳細(xì)說明。本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易對這些實(shí)施例做出多種改變， 這里所述的 一般原理適用于包含在本發(fā)明所述的精神和保護(hù)范圍之內(nèi)的其 他實(shí)施例中。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅僅局限于所述實(shí)施例，而是包 括所有符合本發(fā)明所述原理和新特征在內(nèi)的最寬的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1. 一種在正交頻分多址OFDMA網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)資源分配的方法，其特征在于，包括為所述LRCH用戶組和所述DRCH用戶組中的每個(gè)用戶提供效用函數(shù)，所述效用函數(shù)為凹函數(shù)并且為非減函數(shù)；使用所述LRCH用戶組和所述DRCH用戶組的效用函數(shù)提出資源分配目標(biāo)；為所述LRCH用戶組和所述DRCH用戶組分配資源，實(shí)現(xiàn)所述資源分配目標(biāo)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述提供給用戶的效用函數(shù) 取決于該用戶的吞吐量。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述提供給用戶的效用函數(shù) 為該用戶的平均吞吐量。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述提供給用戶的效用函數(shù) 為該用戶吞吐量的對數(shù)函數(shù)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述提供給用戶的效用函數(shù) 為該用戶吞吐量的障礙函數(shù)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述提供給用戶的效用函數(shù) 取決于該用戶的數(shù)據(jù)隊(duì)列大小。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述提供給用戶的效用函數(shù) 取決于該用戶的延遲。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述資源分配目標(biāo)為最優(yōu)化 所述LRCH用戶組的效用和以及最優(yōu)化所述DRCH用戶組的效用和。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述分配資源的步驟進(jìn)一步 包括提供分界類型來劃分至少 一個(gè)數(shù)據(jù)幀，其中所述至少 一個(gè)數(shù)據(jù)幀包括多個(gè)分散式資源信道DRCH和多個(gè)局部資源信道LRCH;分別為所述多個(gè)LRCH和所述多個(gè)DRCH確定隙的最優(yōu)數(shù)目；使用確定的隙的最優(yōu)數(shù)目分別為所述LRCH用戶組和所述DRCH用戶組進(jìn)行所述多個(gè)LRCH和所述多個(gè)DRCH的最優(yōu)分配。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，為所述至少一個(gè)數(shù)據(jù)幀提 供的所述分界類型使所述多個(gè)LRCH跨越所述至少一個(gè)數(shù)據(jù)頓的有限個(gè)符號。
11、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，為所述至少一個(gè)數(shù)據(jù)幀提 供的所述分界類型使所述多個(gè)LRCH跨越所述至少一個(gè)數(shù)據(jù)幀的所有符號。
12、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述確定隙的最優(yōu)數(shù)目并 進(jìn)行最優(yōu)分配的步驟包括分別為所述多個(gè)LRCH或所述多個(gè)DRCH選擇隙數(shù)； 將所述多個(gè)LRCH分配給所述LRCH用戶組使所述LRCH用戶組的效用和 最大；將所述多個(gè)DRCH分配給所述DRCH用戶組使所述DRCH用戶組的效用 和最大；重復(fù)前面三個(gè)步驟直到所述LRCH用戶組和所述DRCH用戶組的效用總和 最大；其中所述多個(gè)LRCH和所述多個(gè)DRCH的隙的總數(shù)是預(yù)先確定的，所述 LRCH用戶組的每個(gè)用戶或所述DRCH用戶組的每個(gè)用戶具有有限的數(shù)據(jù)隊(duì) 列，傳輸功率在所述至少一個(gè)數(shù)據(jù)幀的每個(gè)符號的所有隙中平均分布。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述為LRCH用戶組分配 多個(gè)LRCH或?yàn)镈RCH用戶組分配多個(gè)DRCH的步驟由梯度上升算法實(shí)現(xiàn)。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述梯度上升算法包括 通過查找所述LRCH用戶組或所述DRCH用戶組效用和的最大梯度確定三元組{用戶/，隙力符號d，其中符號f的隙_/分配給用戶 更新用戶/的吞吐量； 減小用戶/的數(shù)據(jù)隊(duì)列大小；重復(fù)前面三個(gè)步驟直到在所述至少一個(gè)數(shù)據(jù)幀上為所述多個(gè)LRCH或所述 多個(gè)DRCH分配完所有的隙，或直到所述LRCH用戶組或所述DRCH用戶組 的數(shù)據(jù)隊(duì)列為空；其中所述提供給用戶的效用函數(shù)取決于該用戶的吞吐量。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述用戶f的吞吐量通過 以下7>式更新<formula>formula see original document page 4</formula>其中巧為所述至少一個(gè)數(shù)據(jù)幀傳輸后用戶/的吞吐量，r,為所述至少一個(gè)數(shù) 據(jù)幀傳輸前用戶/的吞吐量，0<"<1為基于所述至少一個(gè)數(shù)據(jù)幀選定的過濾 常數(shù)，《為用戶/的總標(biāo)準(zhǔn)化速率。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述用戶的總標(biāo)準(zhǔn)化速率 為取決于該用戶每隙的信號與干擾及噪聲的比率SINR的對數(shù)函數(shù)。
17、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，《由以下公式表示<formula>formula see original document page 4</formula>其中，如果為用戶/在符號f分配了隙,則％等于1, ^為用戶/在隙7每單位傳輸功率的SINR， p為每個(gè)隙分配到的傳輸功率。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述用戶的SINR與分配 給該用戶的隙無關(guān)。
19、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述用戶的總標(biāo)準(zhǔn)化速率 由將SINR映射到一組固定速率的表提供。
20、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述多個(gè)DRCH的隙的最 優(yōu)數(shù)目由下式表示<formula>formula see original document page 5</formula>其中DW = F、向+F、(K4)表示具有最優(yōu)資源分配的所述 LRCH用戶組的效用和，F(xiàn)、(A)表示具有最優(yōu)資源分配的所述DRCH用戶組的 效用和，A:表示分配給所述DRCH用戶組的隙的數(shù)目，K表示所述至少一個(gè)數(shù) 據(jù)幀的多個(gè)LRCH和多個(gè)DRCH的隙的總凄t。
21、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述分配資源的步驟進(jìn)一 步包括在所述至少一個(gè)數(shù)據(jù)幀上提供分配給多個(gè)LRCH的隙的數(shù)目和分配給多個(gè) DRCH的隙的數(shù)目；使用提供的隙的數(shù)目，分別為所述LRCH用戶組和所述DRCH用戶組進(jìn)行 最優(yōu)資源分配。
22、 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述為LRCH用戶組或 DRCH用戶組進(jìn)行最優(yōu)資源分配的步驟由梯度上升算法實(shí)現(xiàn)。
23、 根據(jù)權(quán)利要求12或21所述的方法，其特征在于，所述為LRCH用戶 組或DRCH用戶組進(jìn)行最優(yōu)資源分配的步驟由原始上升算法實(shí)現(xiàn)。
24、 一種在正交頻分多址OFDMA網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)資源分配的系統(tǒng)，其特征在 于，包括正交頻分多址OFDMA網(wǎng)絡(luò)； 分散式資源信道DRCH用戶組； 局部資源信道LRCH用戶組；其中效用函數(shù)，所述效用函數(shù)為凹函數(shù)并且為非減函數(shù);所述LRCH用戶組和所述DRCH用戶組的每個(gè)用戶的效用函數(shù)用于提供資 源分配目標(biāo)；所述OFDMA網(wǎng)絡(luò)的下行鏈路資源被分配給所述LRCH用戶組或所述 DRCH用戶組以實(shí)現(xiàn)所述資源分配目標(biāo)。
25、 根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述提供給用戶的效用函 數(shù)取決于該用戶的吞吐量。
26、 根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述提供給用戶的效用函 數(shù)為該用戶的平均吞吐量。
27、 根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述提供給用戶的效用函 數(shù)為該用戶吞吐量的對數(shù)函數(shù)。
28、 根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述提供給用戶的效用函 數(shù)為該用戶吞吐量的障礙函數(shù)。
29、 根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述提供給用戶的效用函 數(shù)取決于該用戶的數(shù)據(jù)隊(duì)列大小。
30、 根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述提供給用戶的效用函 數(shù)取決于該用戶的延遲。
31、 根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述資源分配目標(biāo)為最優(yōu) 化所述LRCH用戶組的效用和以及最優(yōu)化所述DRCH用戶組的效用和。
32、 根據(jù)權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述為LRCH用戶組和 DRCH用戶組分配所述OFDMA網(wǎng)絡(luò)的下行鏈路資源包括提供分界類型來劃分至少一個(gè)數(shù)據(jù)幀，其中所述至少一個(gè)數(shù)據(jù)幀包括多個(gè)分散式資源信道DRCH和多個(gè)局部資源信道LRCH;分別為多個(gè)LRCH和多個(gè)DRCH確定隙的最優(yōu)數(shù)目；使用確定的隙的最優(yōu)數(shù)目分別為所述LRCH用戶組和所述DRCH用戶組進(jìn) 行所述多個(gè)LRCH和所述多個(gè)DRCH的最優(yōu)分配。
33、根據(jù)權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其特征在于，為所述至少一個(gè)數(shù)據(jù)幀提 供的所述分界類型使所述多個(gè)LRCH跨越所述至少一個(gè)數(shù)據(jù)幀的有限個(gè)符號。
34、 根據(jù)權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其特征在于，為所述至少一個(gè)數(shù)據(jù)幀提 供的所述分界類型使所述多個(gè)LRCH跨越所述至少一個(gè)數(shù)據(jù)幀的所有符號。
35、 根據(jù)權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述確定隙的最優(yōu)數(shù)目并 進(jìn)行最優(yōu)分配的步驟包括分別為所述多個(gè)LRCH或所述多個(gè)DRCH選擇隙的數(shù)目；最大；將所述多個(gè)DRCH分配給所述DRCH用戶組使所述DRCH用戶組的效用 和最大；重復(fù)前面三個(gè)步驟直到所述LRCH用戶組和所述DRCH用戶組的效用總和 最大；其中，所述多個(gè)LRCH和多個(gè)DRCH的隙的總數(shù)是預(yù)先確定的，所述LRCH功率在所述至少 一個(gè)數(shù)據(jù)幀的每個(gè)符號的所有隙之間平均分布。
36、 根據(jù)權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述為LRCH用戶組分配 多個(gè)LRCH或所述為DRCH用戶組分配多個(gè)DRCH的步驟由梯度上升算法實(shí) 現(xiàn)。
37、 根據(jù)權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述梯度上升算法包括通過查找所述LRCH用戶組或所述DRCH用戶組的效用和的最大梯度確定 三元組(用戶/，隙y,符號？},其中符號f的隙y'分配給用戶 更新用戶/的吞吐量； 減小用戶/的凝:據(jù)隊(duì)列大?。恢貜?fù)前面三個(gè)步驟直到在所述至少一個(gè)數(shù)據(jù)幀上為所述多個(gè)LRCH或所述 多個(gè)DRCH分配完所有的隙，或直到所述LRCH用戶組或所述DRCH用戶組 的數(shù)據(jù)隊(duì)列為空；其中所述提供給用戶的效用函數(shù)取決于該用戶的吞吐量。
38、 根據(jù)權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述用戶！'的吞吐量通過下式更新<formula>formula see original document page 8</formula>其中巧為所述至少一個(gè)數(shù)據(jù)幀傳輸后用戶/的吞吐量，r,為所述至少一個(gè)數(shù)據(jù)幀傳輸前用戶/的吞吐量，0< <1為基于所述至少一個(gè)數(shù)據(jù)幀選定的過濾常數(shù)，《為用戶/的總標(biāo)準(zhǔn)化速率。
39、 根據(jù)權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述用戶的總標(biāo)準(zhǔn)化速率 為取決于該用戶每隙的信號與干擾及噪聲的比率SINR的對數(shù)函數(shù)。
40、 根據(jù)權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，其特征在于，《由下式表示<formula>formula see original document page 8</formula>其中，如果用戶/在符號？分配了隙y，則 ,等于i， g,為用戶/在隙乂每單位傳輸功率的SINR, / 為每個(gè)隙分配到的傳輸功率。
41、 根據(jù)權(quán)利要求40所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述用戶的SINR與分配 給該用戶的隙無關(guān)。
42、 根據(jù)權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述用戶的總標(biāo)準(zhǔn)化速率由將SINR映射到一組固定速率的表提供。
43、 根據(jù)權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述為LRCH用戶組分配 多個(gè)LRCH或所述為DRCH用戶組分配多個(gè)DRCH的步驟由原始上升算法實(shí)現(xiàn)。
44、 一種在正交頻分多址OFDMA網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)資源分配的方法，其特征在 于，包括為所述LRCH用戶組的每個(gè)用戶和所述DRCH用戶組的每個(gè)用戶分配效用 函數(shù)，所述分配給LRCH或DRCH用戶的效用函數(shù)為所述LRCH或DRCH用 戶吞吐量的對數(shù)函數(shù)；提供分界類型來劃分至少一個(gè)數(shù)據(jù)幀，其中所述至少一個(gè)數(shù)據(jù)幀包括多個(gè) 分散式資源信道DRCH和多個(gè)局部資源信道LRCH，所述LRCH跨越所述至少 一個(gè)數(shù)據(jù)幀上的有限個(gè)符號；為所述多個(gè)DRCH選擇隙的數(shù)目；將所述多個(gè)LRCH分配給所述LRCH用戶組使所述LRCH用戶組的效用和 最大；將所述多個(gè)DRCH分配給所述DRCH用戶組使所述DRCH用戶組的效用 和最大；重復(fù)前面三個(gè)步驟直到所述LRCH用戶組和所述DRCH用戶組的效用總和 最大；其中，所述多個(gè)LRCH和所述多個(gè)DRCH的隙的總數(shù)是給定的，所述LRCH 功率在所述至少一個(gè)數(shù)據(jù)幀的每個(gè)符號的所有隙之間平均分布。
全文摘要
本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種在正交頻分多址OFDMA網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)資源分配的系統(tǒng)和方法。為每個(gè)局部資源信道LRCH和分散式資源信道DRCH用戶提供效用函數(shù)，該效用函數(shù)為凹函數(shù)并且為非減函數(shù)；使用每個(gè)LRCH和DRCH用戶的效用函數(shù)提出資源分配目標(biāo)；為LRCH和DRCH用戶分配資源以實(shí)現(xiàn)該資源分配目標(biāo)。利用本發(fā)明的實(shí)施例提供的方案，可以為LRCH和DRCH用戶分配資源。
文檔編號H04Q7/38GK101237691SQ200710105218
公開日2008年8月6日 申請日期2007年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月19日
發(fā)明者帕特里克·豪森 申請人:華為技術(shù)有限公司