專利名稱::正交頻分復(fù)用系統(tǒng)下行鏈路子載波分配和峰均比抑制方法
技術(shù)領(lǐng)域:
:本發(fā)明涉及一種正交頻分復(fù)用系統(tǒng)下行鏈路子載波分配和峰均比抑制方法,屬于無(wú)線通信
技術(shù)領(lǐng)域:
。
背景技術(shù):
:正交頻分復(fù)用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,以下簡(jiǎn)稱OFDM)技術(shù)已經(jīng)被用于數(shù)字電視廣播和高速無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中,它將是下一代地面無(wú)線通信系統(tǒng)的核心傳輸技術(shù)。OFDM技術(shù)將整個(gè)傳輸頻帶劃分成多個(gè)正交子載波,將高速數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流,調(diào)制到在每個(gè)子載波上進(jìn)行傳輸。正交子載波信號(hào)可以通過(guò)在接收端采用相關(guān)技術(shù)來(lái)分開(kāi),這樣可以減少子載波之間的相互干擾,從而大大提高系統(tǒng)的頻譜利用率;同時(shí)OFDM每個(gè)子載波上的信號(hào)帶寬小于信道的相關(guān)帶寬,針對(duì)每個(gè)子載波可以看成平坦性衰落,從而可以消除符號(hào)間干擾,使得OFDM能夠非常有效的對(duì)抗無(wú)線信道多徑的影響。在OFDM傳輸系統(tǒng)中,由于無(wú)線信道具有頻率選擇性和時(shí)變性的特點(diǎn),對(duì)于所有子信道都使用固定調(diào)制方案的系統(tǒng)來(lái)說(shuō),衰落嚴(yán)重的子信道就會(huì)產(chǎn)生較大的誤比特率,從而導(dǎo)致了整個(gè)系統(tǒng)的誤比特率較高,而信道質(zhì)量較好的子信道卻沒(méi)有得到充分利用,從而降低了系統(tǒng)的頻譜利用率。當(dāng)前頻譜資源日益緊張,因此針對(duì)OFDM自適應(yīng)資源分配的具有非常重要的意義。同時(shí),OFDM多載波調(diào)制存在著一個(gè)十分重要的缺陷傳輸信號(hào)峰均比高。現(xiàn)有方法往往都將上述問(wèn)題分割為兩個(gè)獨(dú)立的問(wèn)題來(lái)解決。針對(duì)子載波資源分配,有的文獻(xiàn)給出以最大化系統(tǒng)吞吐量為目標(biāo)的子載波資源分配優(yōu)化方法,有的文獻(xiàn)給出以最小化系統(tǒng)誤比特率性能為優(yōu)化目標(biāo)的資源分配方法,這些方法在一定程度上體現(xiàn)了跨層設(shè)計(jì)的思想,采用跨層設(shè)計(jì)對(duì)OFDM子載波資源進(jìn)行分配已是當(dāng)前OFDM
技術(shù)領(lǐng)域:
的一個(gè)研究熱點(diǎn);而針對(duì)OFDM信號(hào)峰均比問(wèn)題當(dāng)前主要有三類方法,信號(hào)預(yù)畸變類、編碼類和信號(hào)擾碼類,信號(hào)預(yù)畸變類方法主要包括限幅濾波法、壓縮擴(kuò)展法等,此方法簡(jiǎn)便易行,但惡化了系統(tǒng)誤碼率性能;編碼類通過(guò)對(duì)信息比特編碼,選擇峰均比小的編碼圖樣進(jìn)行傳輸,主要編碼方法包括格雷互補(bǔ)序列等,此方法適合于子載波數(shù)量少且性能穩(wěn)定的系統(tǒng),當(dāng)子載波數(shù)目多時(shí)編譯碼過(guò)于復(fù)雜;信號(hào)擾碼類方法主要是信息序列進(jìn)行線性變換,選擇峰均比較低的序列變換形式進(jìn)行傳輸,此類方法主要包括部分序列傳輸法、選擇序列法等,信號(hào)擾碼類方法不損失系統(tǒng)誤碼率性能,但計(jì)算復(fù)雜,需要傳輸額外的邊帶信息或功率。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提出一種正交頻分復(fù)用系統(tǒng)下行鏈路子載波分配和峰均比抑制方法,為下行鏈路傳輸業(yè)務(wù)自適應(yīng)分配子載波資源,有效抑制OFDM符號(hào)的峰均比,且不需要傳輸邊帶信息和額外功率,適用于下行鏈路采用OFDMA的無(wú)線通信系統(tǒng)。本發(fā)明提出的正交頻分復(fù)用系統(tǒng)下行鏈路子載波分配和峰均比抑制方法,包括以下步驟(1)構(gòu)建正交頻分復(fù)用系統(tǒng)下行鏈路的業(yè)務(wù)信道傳輸幀,傳輸幀中包括幀頭、控制子幀和業(yè)務(wù)子幀,所述的幀頭采用偽隨機(jī)序列,所述的業(yè)務(wù)子幀采用塊分配方式,將所有下行鏈路的子載波劃分為M個(gè)連續(xù)的子載波塊,每個(gè)子載波塊中的子載波調(diào)制方式相同;(2)設(shè)定每個(gè)子載波塊中的子載波的調(diào)制方式為多進(jìn)制正交幅度調(diào)制,分別計(jì)算所述的每個(gè)子載波塊分配給當(dāng)前下行傳輸鏈路中處于不同信道狀態(tài)的J個(gè)用戶設(shè)備中的所有用戶設(shè)備時(shí),子載波塊中子載波承載信息比特?cái)?shù)最多的調(diào)制方式,得到調(diào)制方式集合B=IbjOii)...,1≤j≤J,1≤m≤M},其中bjOii)為子載波塊中每個(gè)子載波承載的比特?cái)?shù),j表示當(dāng)前傳輸鏈路中用戶設(shè)備序號(hào),m表示子載波塊序號(hào);(3)檢索上述調(diào)制方式集合,得到使第j個(gè)用戶設(shè)備的傳輸比特?cái)?shù)最多的調(diào)制方式,將與該調(diào)制方式相對(duì)應(yīng)的子載波塊分配給第j個(gè)用戶設(shè)備,最后得到所有子載波塊初始分配結(jié)果;(4)若屬于第j個(gè)用戶設(shè)備的第u個(gè)傳輸業(yè)務(wù)的緩存長(zhǎng)度大于上述子載波承載的比特?cái)?shù),則表示當(dāng)前第u個(gè)傳輸業(yè)務(wù)有數(shù)據(jù)需要傳輸,若屬于第j個(gè)用戶設(shè)備的第u個(gè)傳輸業(yè)務(wù)的緩存長(zhǎng)度小于上述子載波承載的比特?cái)?shù)…(m),則表示當(dāng)前第u個(gè)傳輸業(yè)務(wù)無(wú)數(shù)據(jù)需要傳輸,將有數(shù)據(jù)需要傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)構(gòu)成傳輸業(yè)務(wù)集合0’,根據(jù)傳輸業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量要求對(duì)傳輸業(yè)務(wù)集合0中的每個(gè)傳輸業(yè)務(wù)分配權(quán)值,根據(jù)權(quán)值大小對(duì)傳輸業(yè)務(wù)集合0’中的傳輸業(yè)務(wù)進(jìn)行排序,并從排序后的傳輸業(yè)務(wù)集合0”中選擇前V個(gè)傳輸業(yè)務(wù)作為當(dāng)前下行鏈路的傳輸幀中需要傳輸?shù)臉I(yè)務(wù),V個(gè)傳輸業(yè)務(wù)所占用的緩存長(zhǎng)度為用戶設(shè)備的傳輸速率要求,其中U是用戶設(shè)備所能傳輸?shù)淖畲髽I(yè)務(wù)數(shù),l^u^U;(5)分別根據(jù)上述步驟(3)的初始分配結(jié)果對(duì)上述步驟(4)的傳輸速率要求進(jìn)行判斷,若分配給第j個(gè)用戶設(shè)備的子載波塊的傳輸速率大于與該用戶設(shè)備相應(yīng)的上述業(yè)務(wù)傳輸速率要求,則對(duì)該用戶設(shè)備的子載波塊進(jìn)行重新分配,并形成需要進(jìn)行重新分配的子載波塊集合W,從子載波塊集合W中選擇子載波塊,將所選的子載波塊分配給第j個(gè)用戶設(shè)備,使?jié)M足第j個(gè)用戶設(shè)備子載波塊的傳輸速率大于或等于上述業(yè)務(wù)傳輸速率要求,直到子載波塊集合W成為空集或所有用戶設(shè)備的子載波塊分配完畢;(6)經(jīng)過(guò)上述分配后,形成第j個(gè)用戶設(shè)備需要傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)集合0’」,根據(jù)傳輸業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量要求對(duì)業(yè)務(wù)集合中的業(yè)務(wù)排序,從第一個(gè)業(yè)務(wù)開(kāi)始,若業(yè)務(wù)緩存長(zhǎng)度大于當(dāng)前剩余的子載波承載的比特?cái)?shù),則當(dāng)前業(yè)務(wù)傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)為剩余子載波承載的比特?cái)?shù),若業(yè)務(wù)緩存長(zhǎng)度小于當(dāng)前剩余的子載波承載的比特?cái)?shù),則當(dāng)前業(yè)務(wù)傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)為業(yè)務(wù)緩存長(zhǎng)度,并從0、中刪除小于最小子載波承載的比特?cái)?shù)的傳輸業(yè)務(wù),將剩余的子載波承載的比特?cái)?shù)分配給業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量要求高的傳輸業(yè)務(wù);(7)根據(jù)上述0’j中業(yè)務(wù)的順序,分別對(duì)J個(gè)用戶設(shè)備中的每個(gè)用戶設(shè)備的傳輸業(yè)務(wù)進(jìn)行編號(hào),根據(jù)上述步驟(6)中分配的業(yè)務(wù)傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù),將上述分配的子載波塊中的連續(xù)子載波分配給用戶設(shè)備的每個(gè)傳輸業(yè)務(wù),并記錄當(dāng)前各傳輸業(yè)務(wù)所占用的子載波起始位置號(hào),對(duì)所有用戶設(shè)備的傳輸業(yè)務(wù)分配完畢后,得到子載波分配信息,并計(jì)算當(dāng)前業(yè)務(wù)子幀的正交頻分復(fù)用符號(hào)的峰均比,若當(dāng)前峰均比小于設(shè)定峰均比閾值,則將上述子載波分配信息形成控制子幀,控制子幀與業(yè)務(wù)子幀組成業(yè)務(wù)信道傳輸幀發(fā)送;若當(dāng)前峰均比大于設(shè)定峰均比閾值或者小于前次分配所形成的正交頻分復(fù)用符號(hào)的峰均比,則記錄該峰均比值,并根據(jù)0’j中的業(yè)務(wù)編號(hào),對(duì)0’j中的傳輸業(yè)務(wù)重新排列,記錄當(dāng)前各傳輸業(yè)務(wù)所占用的子載波起始位置號(hào);(8)根據(jù)上述重新排列,重復(fù)步驟(7),直到當(dāng)前業(yè)務(wù)子幀的正交頻分復(fù)用符號(hào)的峰均比小于設(shè)定的峰均比閾值,或經(jīng)過(guò)所有業(yè)務(wù)排列方式后達(dá)到峰均比最小,結(jié)束子載波分配調(diào)整,組成業(yè)務(wù)信道傳輸幀發(fā)送。本發(fā)明提出的正交頻分復(fù)用系統(tǒng)下行鏈路子載波分配和峰均比抑制方法,與現(xiàn)有的OFDM子載波分配方法和峰均比抑制方法技術(shù)相比,其優(yōu)點(diǎn)是1、與傳統(tǒng)的子載波分配相比,本發(fā)明的方法能夠提高頻譜效率并滿足服務(wù)質(zhì)量要求本發(fā)明構(gòu)建了OFDM下行鏈路傳輸幀結(jié)構(gòu),將子載波分配信息置于控制子幀中同業(yè)務(wù)子幀同時(shí)傳輸給用戶設(shè)備,省去了不必要的控制信道。本發(fā)明采用跨層設(shè)計(jì)的思想,充分利用物理層信道狀態(tài)信息、發(fā)射功率信息以及應(yīng)用層業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量要求信息,為當(dāng)前業(yè)務(wù)傳輸幀動(dòng)態(tài)分配子載波,克服了靜態(tài)子載波分配方式下信道以及服務(wù)質(zhì)量要求對(duì)系統(tǒng)傳輸性能的影響,同時(shí)提高了系統(tǒng)的頻譜效率。本發(fā)明中子載波分配采用子載波塊分配與子載波塊內(nèi)連續(xù)子載波分配相結(jié)合的分配方式,提高了系統(tǒng)的頻譜效率。2、與現(xiàn)有峰均比抑制方法相比,本發(fā)明的方法不損失系統(tǒng)性能,也不需要額外的發(fā)射功率和邊帶信息現(xiàn)有的信號(hào)畸變類峰均比抑制方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單,但造成了系統(tǒng)的性能的損失;非信號(hào)畸變類峰均比抑制方法雖不會(huì)造成性能損失,但需要額外的發(fā)射功率或者邊帶信息,造成功率資源或帶寬資源的浪費(fèi)。本發(fā)明將峰均比抑制與子載波分配相結(jié)合,調(diào)整部分業(yè)務(wù)子載波分配方式,方法簡(jiǎn)單有效。子載波分配信息在所有自適應(yīng)子載波分配的系統(tǒng)中都是需要作為控制信息進(jìn)行傳輸,本發(fā)明在滿足系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量要求下,調(diào)整部分業(yè)務(wù)的子載波分配位置即可達(dá)到峰均比抑制的目的,無(wú)需邊帶信息和額外功率的浪費(fèi)。3、本發(fā)明將峰均比抑制與子載波分配相結(jié)合,具有較好的適應(yīng)性本發(fā)明提出OFDM下行鏈路子載波分配方法和峰均比抑制方法,適用于所有下行鏈路采用OFDMA方式的無(wú)線通信系統(tǒng),能夠適應(yīng)無(wú)線信道的時(shí)變特性。圖1為本發(fā)明方法的流程框圖;圖2為本發(fā)明方法中OFDM下行鏈路業(yè)務(wù)傳輸幀示意圖;圖3為本發(fā)明方法中業(yè)務(wù)傳輸幀的控制子幀1示意圖;圖4為本發(fā)明方法中業(yè)務(wù)傳輸幀的控制子幀2示意圖;圖5為本發(fā)明方法中以峰均比抑制為原則調(diào)整子載波分配方式的流程圖;圖6為本發(fā)明方法與部分序列傳輸法峰均比抑制結(jié)果比較圖;圖7為本發(fā)明方法中不同峰均比門限時(shí)峰均比抑制結(jié)果比較圖。具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出的正交頻分復(fù)用系統(tǒng)下行鏈路子載波分配和峰均比抑制方法,其流程框圖如圖1所示,包括以下步驟(1)構(gòu)建正交頻分復(fù)用系統(tǒng)下行鏈路的業(yè)務(wù)信道傳輸幀,傳輸幀中包括幀頭、控制子幀和業(yè)務(wù)子幀,所述的幀頭采用偽隨機(jī)序列,所述的業(yè)務(wù)子幀采用塊分配方式,將所有下行鏈路的子載波劃分為M個(gè)連續(xù)的子載波塊,每個(gè)子載波塊中的子載波調(diào)制方式相同;(2)設(shè)定每個(gè)子載波塊中的子載波的調(diào)制方式為多進(jìn)制正交幅度調(diào)制,分別計(jì)算所述的每個(gè)子載波塊分配給當(dāng)前下行傳輸鏈路中處于不同信道狀態(tài)的J個(gè)用戶設(shè)備中的所有用戶設(shè)備時(shí),子載波塊中子載波承載信息比特?cái)?shù)最多的調(diào)制方式,得到調(diào)制方式集合B=IbjOii)...,1彡j彡J,1彡m彡M},其中bjOii)為子載波塊中每個(gè)子載波承載的比特?cái)?shù),j表示當(dāng)前傳輸鏈路中用戶設(shè)備序號(hào),m表示子載波塊序號(hào);(3)檢索上述調(diào)制方式集合,得到使第j個(gè)用戶設(shè)備的傳輸比特?cái)?shù)最多的調(diào)制方式,將與該調(diào)制方式相對(duì)應(yīng)的子載波塊分配給第j個(gè)用戶設(shè)備,最后得到所有子載波塊初始分配結(jié)果;(4)若屬于第j個(gè)用戶設(shè)備的第u個(gè)傳輸業(yè)務(wù)的緩存長(zhǎng)度大于上述子載波承載的比特?cái)?shù),則表示當(dāng)前第u個(gè)傳輸業(yè)務(wù)有數(shù)據(jù)需要傳輸,若屬于第j個(gè)用戶設(shè)備的第u個(gè)傳輸業(yè)務(wù)的緩存長(zhǎng)度小于上述子載波承載的比特?cái)?shù)…(m),則表示當(dāng)前第u個(gè)傳輸業(yè)務(wù)無(wú)數(shù)據(jù)需要傳輸,將有數(shù)據(jù)需要傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)構(gòu)成傳輸業(yè)務(wù)集合0’,根據(jù)傳輸業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量要求對(duì)傳輸業(yè)務(wù)集合0’中的每個(gè)傳輸業(yè)務(wù)分配權(quán)值,根據(jù)權(quán)值大小對(duì)傳輸業(yè)務(wù)集合0’中的傳輸業(yè)務(wù)進(jìn)行排序,并從排序后的傳輸業(yè)務(wù)集合0”中選擇前V個(gè)傳輸業(yè)務(wù)作為當(dāng)前下行鏈路的傳輸幀中需要傳輸?shù)臉I(yè)務(wù),V個(gè)傳輸業(yè)務(wù)所占用的緩存長(zhǎng)度為用戶設(shè)備的傳輸速率要求,其中U是用戶設(shè)備所能傳輸?shù)淖畲髽I(yè)務(wù)數(shù),l^u^U;(5)分別根據(jù)上述步驟(3)的初始分配結(jié)果對(duì)上述步驟(4)的傳輸速率要求進(jìn)行判斷,若分配給第j個(gè)用戶設(shè)備的子載波塊的傳輸速率大于與該用戶設(shè)備相應(yīng)的上述業(yè)務(wù)傳輸速率要求,則對(duì)該用戶設(shè)備的子載波塊進(jìn)行重新分配,并形成需要進(jìn)行重新分配的子載波塊集合W,從子載波塊集合W中選擇子載波塊,將所選的子載波塊分配給第j個(gè)用戶設(shè)備,使?jié)M足第j個(gè)用戶設(shè)備子載波塊的傳輸速率大于或等于上述業(yè)務(wù)傳輸速率要求,直到子載波塊集合W成為空集或所有用戶設(shè)備的子載波塊分配完畢;(6)經(jīng)過(guò)上述分配后,形成第j個(gè)用戶設(shè)備需要傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)集合0’」,根據(jù)傳輸業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量要求對(duì)業(yè)務(wù)集合中的業(yè)務(wù)排序,從第一個(gè)業(yè)務(wù)開(kāi)始,若業(yè)務(wù)緩存長(zhǎng)度大于當(dāng)前剩余的子載波承載的比特?cái)?shù),則當(dāng)前業(yè)務(wù)傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)為剩余子載波承載的比特?cái)?shù),若業(yè)務(wù)緩存長(zhǎng)度小于當(dāng)前剩余的子載波承載的比特?cái)?shù),則當(dāng)前業(yè)務(wù)傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)為業(yè)務(wù)緩存長(zhǎng)度,并從0、中刪除小于最小子載波承載的比特?cái)?shù)的傳輸業(yè)務(wù),將剩余的子載波承載的比特?cái)?shù)分配給業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量要求高的傳輸業(yè)務(wù);(7)根據(jù)上述0’j中業(yè)務(wù)的順序,分別對(duì)J個(gè)用戶設(shè)備中的每個(gè)用戶設(shè)備的傳輸業(yè)務(wù)進(jìn)行編號(hào),根據(jù)上述步驟(6)中分配的業(yè)務(wù)傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù),將上述分配的子載波塊中的連續(xù)子載波分配給用戶設(shè)備的每個(gè)傳輸業(yè)務(wù),并記錄當(dāng)前各傳輸業(yè)務(wù)所占用的子載波起始位置號(hào),對(duì)所有用戶設(shè)備的傳輸業(yè)務(wù)分配完畢后,得到子載波分配信息,并計(jì)算當(dāng)前業(yè)務(wù)子幀的正交頻分復(fù)用符號(hào)的峰均比,若當(dāng)前峰均比小于設(shè)定峰均比閾值,則將上述子載波分配信息形成控制子幀,控制子幀與業(yè)務(wù)子幀組成業(yè)務(wù)信道傳輸幀發(fā)送;若當(dāng)前峰均比大于設(shè)定峰均比閾值或者小于前次分配所形成的正交頻分復(fù)用符號(hào)的峰均比,則記錄該峰均比值,并根據(jù)O’J中的業(yè)務(wù)編號(hào),對(duì)O’J中的傳輸業(yè)務(wù)重新排列,記錄當(dāng)前各傳輸業(yè)務(wù)所占用的子載波起始位置號(hào);(8)根據(jù)上述重新排列,重復(fù)步驟(7),直到當(dāng)前業(yè)務(wù)子幀的正交頻分復(fù)用符號(hào)的峰均比小于設(shè)定的峰均比閾值,或經(jīng)過(guò)所有業(yè)務(wù)排列方式后達(dá)到峰均比最小,結(jié)束子載波分配調(diào)整,組成業(yè)務(wù)信道傳輸幀發(fā)送。下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明方法的實(shí)施方式,包括以下步驟(1)根據(jù)OFDM下行鏈路業(yè)務(wù)傳輸幀結(jié)構(gòu),如圖2、3、4,設(shè)下行鏈路基帶奈奎斯特采樣頻率為fb,控制子幀1、2中OFDM符號(hào)包含的子載波總數(shù)為N。,控制子幀1、2采用BPSK調(diào)制方式;業(yè)務(wù)子幀中OFDM符號(hào)包含的子載波總數(shù)為Nd,其中Nd=LNc,L=4p(p為正整數(shù),由系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員設(shè)定),業(yè)務(wù)子幀只包含1個(gè)OFDM符號(hào),其子載波分配信息及各子載波調(diào)制信息由控制子幀1和2決定??刂谱訋?承載M(由控制子幀子載波數(shù)和業(yè)務(wù)子幀子載波數(shù)目決定)個(gè)子載波塊的相關(guān)參數(shù)信息,其中第m個(gè)子載波塊的相關(guān)參數(shù)用{m,C(m),b(m)}表示,m為該子載波塊編號(hào),每個(gè)子載波塊包含s個(gè)子載波,C(m)為擁有該子載波塊的用戶設(shè)備編號(hào),b(m)為該子載波塊的每個(gè)子載波承載比特個(gè)數(shù)。每個(gè)下行鏈路業(yè)務(wù)采用連續(xù)子載波分配方式,控制子幀2承載每個(gè)傳輸業(yè)務(wù)的子載波分配信息,用{G(u),N(u)}表示第u個(gè)業(yè)務(wù)的子載波分配信息,G(U)為該業(yè)務(wù)編號(hào),N(U)為該業(yè)務(wù)終止子載波位置。每個(gè)業(yè)務(wù)子幀OFDM符號(hào)包含V個(gè)業(yè)務(wù)。V=floor(2NC/(Q+log2(LNc)))(1)(2)確定子載波塊所有備選調(diào)制方式,為每個(gè)下行鏈路業(yè)務(wù)子載波分配相同的發(fā)射功率P,設(shè)第m個(gè)子載波塊分配給第j個(gè)用戶設(shè)備時(shí)每個(gè)子載波能夠承載個(gè)bit,則所處信道條件最好的子載波能夠承載的比特?cái)?shù)為\max(m),即f/χ2Λmax{|丹,|}7,、,,I(m-l).v<n<m4-l(IJV,IJJ‘㈣=㈣“W腿req)H(2)-VJ_式中=Hj(Ii)為第η個(gè)子載波所處下行鏈路信道沖擊響應(yīng);BERreq為當(dāng)前用戶設(shè)備經(jīng)信號(hào)檢測(cè)后的誤比特率要求;ο%為信道噪聲平均功率。針對(duì)第m個(gè)子載波塊,令比(!11)=bj,^(m),則子載波塊平均誤比特率為若BERjim>BERreq,則b>)=b」(m)_1,繼續(xù)執(zhí)行式(3),直到平均誤比特率達(dá)到要求。根據(jù)上述方法計(jì)算得到子載波塊分配給不同用戶設(shè)備時(shí)所有備選調(diào)制方式。(3)根據(jù)傳輸速率最大化原則初始分配子載波塊,令^為第j個(gè)用戶設(shè)備所分配到的子載波塊集合,初始化為空。根據(jù)下行鏈路的總傳輸速率最大原則,對(duì)子載波塊進(jìn)行初始分配。針對(duì)第m個(gè)子載波塊搜索傳輸比特?cái)?shù)最多的調(diào)制方式,即f=argmax[bj(w)}(4)則有、,=、,U{m}(5)針對(duì)所有的子載波塊重復(fù)執(zhí)行式(4)和式(5)得到子載波塊初始分配結(jié)果。但此時(shí)的分配并沒(méi)有考慮到傳輸業(yè)務(wù)的Q0S要求。(4)計(jì)算當(dāng)前傳輸業(yè)務(wù)的傳輸速率要求,令當(dāng)前存儲(chǔ)第u個(gè)傳輸業(yè)務(wù)(屬于第j個(gè)用戶設(shè)備)的FIFO緩存的占用長(zhǎng)度為B(u),若滿足B{u)>^n{bj(m))(6)則認(rèn)為當(dāng)前第U個(gè)業(yè)務(wù)有數(shù)據(jù)需要傳輸,否則該業(yè)務(wù)無(wú)數(shù)據(jù)傳輸。把當(dāng)前時(shí)刻滿足此條件的業(yè)務(wù)構(gòu)成業(yè)務(wù)集合0’,0’中業(yè)務(wù)個(gè)數(shù)為U,。若U’>V,則需要篩選出V個(gè)需要傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)。為業(yè)務(wù)集合0’中每個(gè)業(yè)務(wù)分配不同權(quán)值α,則有Trai(U)=a(u)Bd(U),根據(jù)Trai對(duì)U’個(gè)業(yè)務(wù)進(jìn)行排序,選擇前V個(gè)業(yè)務(wù),并將其他業(yè)務(wù)從0’中剔除。假定系統(tǒng)中包含有四類業(yè)務(wù),分別為CBR業(yè)務(wù)、rtVBR業(yè)務(wù)、nrtVBR業(yè)務(wù)和UBR業(yè)務(wù),這里把0’按照目的用戶設(shè)備和業(yè)務(wù)類型的不同進(jìn)行分類得到業(yè)務(wù)集合0’CBE,j,0’rtVBE,j,0’_κ,」,和0’UBE,JO則每類業(yè)務(wù)的傳輸速率要求為=BR/("),rtVBRC/)U(4nrtVBR(;)=Ze“/HUBR(乃=U(4(5)根據(jù)業(yè)務(wù)傳輸速率要求優(yōu)化調(diào)整子載波塊分配,對(duì)子載波塊初始分配調(diào)整的目的是盡可能滿足各類業(yè)務(wù)QoS要求。首先根據(jù)CBR(j)進(jìn)行調(diào)整。令&為初始分配給第j個(gè)用戶設(shè)備的所有子載波塊能達(dá)到的傳輸速率,R/為關(guān)于第j個(gè)用戶設(shè)備的下行鏈路業(yè)務(wù)傳輸速率要求,其初始值為Rj=Σ—sbAm),R1j=CBR(y).令W為所有可能需要重新分配的子載波塊集合,針對(duì)第j個(gè)用戶設(shè)備若有巧·>Rfj,則集合^中子載波塊可以進(jìn)行重新分配。為了保證每次子載波塊重新調(diào)整分配導(dǎo)致總傳輸速率的減少量最小,令為歸一化傳輸速率減少量,由下式表示ej(m)=(b(m)-bj(m))/b(m),meff.(7)根據(jù)CBR(j)調(diào)整子載波塊分配過(guò)程從J=1開(kāi)始,若有Ry2/^·,則j=j+1,繼續(xù)執(zhí)行;在滿足R/</;·且W不為空集的情況下,計(jì)算選取W中使得最小的子載波塊標(biāo)號(hào)m(m當(dāng)前屬于第j*個(gè)用戶設(shè)備),若第j*個(gè)用戶設(shè)備減掉子載波塊m后能夠達(dá)到的傳輸速率小于其業(yè)務(wù)傳輸速率要求,則子載波塊m不能重新分配,從W中剔除m;否則子載波塊重新分配給當(dāng)前用戶設(shè)備,更新針對(duì)第j和j*用戶設(shè)備此時(shí)子載波塊分配集合以及所分配子載波塊能達(dá)到的傳輸速率。只要滿足尺盧或W成為空集,則針對(duì)第j個(gè)用戶設(shè)備的子載波塊分配調(diào)整結(jié)束。繼續(xù)對(duì)第j+1個(gè)用戶設(shè)備執(zhí)行同樣的調(diào)整過(guò)程,直到所有用戶設(shè)備子載波塊分配調(diào)整完畢。上述過(guò)程是根據(jù)CBR(j)進(jìn)行子載波塊分配調(diào)整,采用相同的方法依次根據(jù)rtVBR(j),nrtVBR(j)和UBR(j)對(duì)子載波塊進(jìn)行分配調(diào)整。此方法能夠保證滿足業(yè)務(wù)傳輸速率要求的用戶設(shè)備越來(lái)越多,而且下行鏈路的總的業(yè)務(wù)傳輸速率減少量最小。(6)計(jì)算當(dāng)前幀各個(gè)業(yè)務(wù)所需傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù),子載波塊分配經(jīng)過(guò)調(diào)整后第j個(gè)用戶設(shè)備的子載波塊集合為Ap該用戶設(shè)備需要傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)集合用0’j表示。將0’j中的業(yè)務(wù)根據(jù)Trai(u)的大小進(jìn)行排序,Treq(U)體現(xiàn)了業(yè)務(wù)的QoS要求。令B7(U)為各個(gè)業(yè)務(wù)所需要傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)。針對(duì)集合^中的所有子載波塊和集合0’j中所有的業(yè)務(wù),若ΣB(U)<ΣSbj(m),則各業(yè)務(wù)B7(u)就等于其FIFO緩存長(zhǎng)度B(u)。若滿足ΣB(u)>Σsbj(m),則有<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>(8)針對(duì)各業(yè)務(wù)B7(U),從0’」中剔除掉所有小于最小字載波傳輸能力minO^Oii))的業(yè)務(wù)。此時(shí)將剩余子載波傳輸能力分配給Trai(U)大的業(yè)務(wù)。這樣既體現(xiàn)了公平的分配原貝U,也兼顧了業(yè)務(wù)的QoS要求。(7)以優(yōu)化PAI3R為原則為每個(gè)業(yè)務(wù)分配子載波,下行鏈路業(yè)務(wù)子幀OFDM符號(hào)峰均比可以表示為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>(9)其中x(t)為業(yè)務(wù)子幀OFDM符號(hào)時(shí)域表達(dá)式。針對(duì)第j個(gè)用戶設(shè)備,將^中子載波塊所包含的所有子載波用臨時(shí)子載波位置號(hào)標(biāo)示,并建立與實(shí)際位置號(hào)相對(duì)應(yīng)的映射表、。將O、中的業(yè)務(wù)按照B7(u)從大到小排序,并用臨時(shí)業(yè)務(wù)編號(hào)標(biāo)示,建立與實(shí)際業(yè)務(wù)編號(hào)相對(duì)應(yīng)的映射表Ψ,令PAPRth為能夠保證高功率放大器工作效率的門限值,實(shí)際中PAPRth可以根據(jù)放大器的特性和OFDM符號(hào)峰均比的經(jīng)驗(yàn)值獲得。在子載波分配過(guò)程中,根據(jù)此門限值對(duì)各業(yè)務(wù)在所屬用戶設(shè)備分配的子載波塊中占用的子載波位置號(hào)進(jìn)行調(diào)整,達(dá)到抑制PAPR的目的。針對(duì)所有的用戶設(shè)備,按照當(dāng)前O/中業(yè)務(wù)臨時(shí)編號(hào)順序?yàn)槊總€(gè)業(yè)務(wù)連續(xù)分配相應(yīng)的子載波數(shù)目,記錄當(dāng)前各業(yè)務(wù)所占用的子載波起始位置號(hào),根據(jù)Aj中子載波的調(diào)制制式信息和中業(yè)務(wù)傳輸比特?cái)?shù)對(duì)各個(gè)業(yè)務(wù)進(jìn)行調(diào)制形成業(yè)務(wù)OFDM符號(hào),根據(jù)式(7)計(jì)算當(dāng)前OFDM符號(hào)的PAPR,若滿足PAI3R<PAPRth,則將當(dāng)前子載波分配信息形成控制子幀OFDM符號(hào),與業(yè)務(wù)OFDM符號(hào)組幀進(jìn)行發(fā)送;若有PAPRk>PAPRth,則必須對(duì)子載波分配進(jìn)行調(diào)整。以峰均比抑制為原則調(diào)整子載波分配方式的流程如圖5所示,調(diào)整過(guò)程針對(duì)各用戶設(shè)備中業(yè)務(wù)在所分配的子載波塊中占用的子載波位置號(hào)來(lái)進(jìn)行。不同用戶設(shè)備的業(yè)務(wù)集合中可能包括不同數(shù)量的業(yè)務(wù),為了減少計(jì)算量,大于4個(gè)業(yè)務(wù)的可以歸為4個(gè)業(yè)務(wù),而僅有1個(gè)業(yè)務(wù)則不需要調(diào)整。這樣對(duì)于某個(gè)用戶設(shè)備最多有24種業(yè)務(wù)排列方式,每種排列方式對(duì)應(yīng)業(yè)務(wù)占用不同的子載波位置號(hào),就是說(shuō)最多可以進(jìn)行23次調(diào)整。針對(duì)第j個(gè)用戶設(shè)備進(jìn)行調(diào)整時(shí),其他用戶設(shè)備業(yè)務(wù)的子載波分配方式不變,每改變一種排列方式計(jì)算當(dāng)前OFDM符號(hào)的PAI^R值,若達(dá)到門限則停止調(diào)整,并記錄當(dāng)前子載波分配結(jié)果;若不能達(dá)到門限則記錄使得PAI^R減小的分配結(jié)果,繼續(xù)改變排列方式進(jìn)行調(diào)整,直到達(dá)到門限,或針對(duì)所有用戶設(shè)備的所有排列方式調(diào)整完畢,得到盡可能小的峰均比。以下是本發(fā)明方法的一個(gè)仿真實(shí)例。下行鏈路業(yè)務(wù)信道控制子幀中OFDM符號(hào)具有1024個(gè)子載波,符號(hào)持續(xù)時(shí)間為25.6μs,循環(huán)前綴的持續(xù)時(shí)間為3.2μs,L=16。假定當(dāng)前點(diǎn)波束下行鏈路中具有4個(gè)用戶設(shè)備,各用戶設(shè)備信道為萊斯信道,萊斯因子分別為40、44,45和46,信噪比為15dB,子載波信號(hào)檢測(cè)后誤比特率要求為5Χ10—4。每個(gè)用戶設(shè)備(UT)分別有四個(gè)業(yè)務(wù)在進(jìn)行傳輸,業(yè)務(wù)設(shè)置如表1所示。表1業(yè)務(wù)傳輸速率要求設(shè)置<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>經(jīng)過(guò)每個(gè)子載波塊備選調(diào)制方式的確定和子載波塊初始分配后,計(jì)算屬于各用戶設(shè)備的不同類型傳輸業(yè)務(wù)所能達(dá)到的傳輸速率1(1^j^4),此時(shí)下行鏈路的總傳輸速率為B。當(dāng)根據(jù)各個(gè)用戶設(shè)備的不同類型傳輸業(yè)務(wù)的傳輸速率要求對(duì)子載波分配進(jìn)行調(diào)整后,屬于各個(gè)用戶設(shè)備的不同類型傳輸業(yè)務(wù)所能達(dá)到的傳輸速率為B/(l^j^4),下行鏈路的總傳輸速率為B7。從表2中可以看出子載波塊初始分配結(jié)果根據(jù)業(yè)務(wù)傳輸速率要求進(jìn)行調(diào)整后能夠滿足各個(gè)用戶設(shè)備的不同類型的業(yè)務(wù)傳輸速率要求。表2子載波塊調(diào)整分配后業(yè)務(wù)傳輸速率(MbiT1)<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>在給各個(gè)業(yè)務(wù)分配子載波后仿真了通過(guò)調(diào)整每個(gè)用戶設(shè)備業(yè)務(wù)所占子載波位置號(hào)得到的峰均比抑制性能,采用互補(bǔ)累積分布函數(shù)(CCDF,complementarycumulativedistributionfunction)曲線來(lái)描述。在給各個(gè)業(yè)務(wù)分配子載波后我們仿真了通過(guò)調(diào)整每個(gè)用戶設(shè)備的業(yè)務(wù)所占子載波位置后的峰均比抑制情況。附圖6中用papr-origin表示調(diào)整前的峰均比累計(jì)概率分布CDF,papr-adjust表示調(diào)整后的峰均比累計(jì)概率分布CDF,papr-pts表示采用部分傳輸序列法進(jìn)行峰均比抑制后的峰均比累計(jì)概率分布CDF。此時(shí)PTS法中的序列分塊對(duì)應(yīng)每個(gè)用戶設(shè)備所能分配的子載波塊。可以看出PAI3R小于9.2dB的概率papr-adjust較papr-pts要大的多,就是說(shuō)有更多的OFDM符號(hào)峰均比得到了有效抑制;在累計(jì)概率達(dá)到lOe-4時(shí)papr-adjust較papr-pts所能達(dá)到的PAPR大約0.4dB。附圖7中原始PAPR曲線表示子載波分配方式未經(jīng)峰均比聯(lián)合優(yōu)化的OFDM符號(hào)峰均比情況,圖中還給出PAPRth分別為10.5dB、9.OdB,7.5dB和OdB時(shí)子載波分配和峰均聯(lián)合優(yōu)化結(jié)果,可以看出這四種情況較原始PAI3R性能都有較大改善。PAPRth為OdB時(shí)表示每個(gè)OFDM符號(hào)都要經(jīng)過(guò)聯(lián)合優(yōu)化,此時(shí)的峰均比性能是所提出方法能達(dá)到的最好性能,可以看到當(dāng)PAPRth為7.5dB時(shí)已接近峰均比抑制的最好性能。四條曲線中峰均比小于10.5dB的概率都能達(dá)到或超過(guò)99.9%。隨著PAPRth值變小,聯(lián)合優(yōu)化所能達(dá)到的峰均比抑制性能越好,這是由于只有超過(guò)PAPRth的OFDM符號(hào)才進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化處理。權(quán)利要求一種正交頻分復(fù)用系統(tǒng)下行鏈路子載波分配和峰均比抑制方法,其特征在于,該方法包括以下步驟(1)構(gòu)建正交頻分復(fù)用系統(tǒng)下行鏈路的業(yè)務(wù)信道傳輸幀,傳輸幀中包括幀頭、控制子幀和業(yè)務(wù)子幀,所述的幀頭采用偽隨機(jī)序列,所述的業(yè)務(wù)子幀采用塊分配方式,將所有下行鏈路的子載波劃分為M個(gè)連續(xù)的子載波塊,每個(gè)子載波塊中的子載波調(diào)制方式相同;(2)設(shè)定每個(gè)子載波塊中的子載波的調(diào)制方式為多進(jìn)制正交幅度調(diào)制,分別計(jì)算所述的每個(gè)子載波塊分配給當(dāng)前下行傳輸鏈路中處于不同信道狀態(tài)的J個(gè)用戶設(shè)備中的所有用戶設(shè)備時(shí),子載波塊中子載波承載信息比特?cái)?shù)最多的調(diào)制方式,得到調(diào)制方式集合B={bj(m)...,1≤j≤J,1≤m≤M},其中bj(m)為子載波塊中每個(gè)子載波承載的比特?cái)?shù),j表示當(dāng)前傳輸鏈路中用戶設(shè)備序號(hào),m表示子載波塊序號(hào);(3)檢索上述調(diào)制方式集合,得到使第j個(gè)用戶設(shè)備的傳輸比特?cái)?shù)最多的調(diào)制方式,將與該調(diào)制方式相對(duì)應(yīng)的子載波塊分配給第j個(gè)用戶設(shè)備,最后得到所有子載波塊初始分配結(jié)果;(4)若屬于第j個(gè)用戶設(shè)備的第u個(gè)傳輸業(yè)務(wù)的緩存長(zhǎng)度大于上述子載波承載的比特?cái)?shù)bj(m),則表示當(dāng)前第u個(gè)傳輸業(yè)務(wù)有數(shù)據(jù)需要傳輸,若屬于第j個(gè)用戶設(shè)備的第u個(gè)傳輸業(yè)務(wù)的緩存長(zhǎng)度小于上述子載波承載的比特?cái)?shù)bj(m),則表示當(dāng)前第u個(gè)傳輸業(yè)務(wù)無(wú)數(shù)據(jù)需要傳輸,將有數(shù)據(jù)需要傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)構(gòu)成傳輸業(yè)務(wù)集合O,根據(jù)傳輸業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量要求對(duì)傳輸業(yè)務(wù)集合O′中的每個(gè)傳輸業(yè)務(wù)分配權(quán)值,根據(jù)權(quán)值大小對(duì)傳輸業(yè)務(wù)集合O中的傳輸業(yè)務(wù)進(jìn)行排序,并從排序后的傳輸業(yè)務(wù)集合O中選擇前V個(gè)傳輸業(yè)務(wù)作為當(dāng)前下行鏈路的傳輸幀中需要傳輸?shù)臉I(yè)務(wù),V個(gè)傳輸業(yè)務(wù)所占用的緩存長(zhǎng)度為用戶設(shè)備的傳輸速率要求,其中U是用戶設(shè)備所能傳輸?shù)淖畲髽I(yè)務(wù)數(shù),1≤u≤U;(5)分別根據(jù)上述步驟(3)的初始分配結(jié)果對(duì)上述步驟(4)的傳輸速率要求進(jìn)行判斷,若分配給第j個(gè)用戶設(shè)備的子載波塊的傳輸速率大于與該用戶設(shè)備相應(yīng)的上述業(yè)務(wù)傳輸速率要求,則對(duì)該用戶設(shè)備的子載波塊進(jìn)行重新分配,并形成需要進(jìn)行重新分配的子載波塊集合W,從子載波塊集合W中選擇子載波塊,將所選的子載波塊分配給第j個(gè)用戶設(shè)備,使?jié)M足第j個(gè)用戶設(shè)備子載波塊的傳輸速率大于或等于上述業(yè)務(wù)傳輸速率要求,直到子載波塊集合W成為空集或所有用戶設(shè)備的子載波塊分配完畢;(6)經(jīng)過(guò)上述分配后,形成第j個(gè)用戶設(shè)備需要傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)集合O’j,根據(jù)傳輸業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量要求對(duì)業(yè)務(wù)集合O’j中的業(yè)務(wù)排序,從第一個(gè)業(yè)務(wù)開(kāi)始,若業(yè)務(wù)緩存長(zhǎng)度大于當(dāng)前剩余的子載波承載的比特?cái)?shù),則當(dāng)前業(yè)務(wù)傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)為剩余子載波承載的比特?cái)?shù),若業(yè)務(wù)緩存長(zhǎng)度小于當(dāng)前剩余的子載波承載的比特?cái)?shù),則當(dāng)前業(yè)務(wù)傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)為業(yè)務(wù)緩存長(zhǎng)度,并從O’j中刪除小于最小子載波承載的比特?cái)?shù)的傳輸業(yè)務(wù),將剩余的子載波承載的比特?cái)?shù)分配給業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量要求高的傳輸業(yè)務(wù);(7)根據(jù)上述O’j中業(yè)務(wù)的順序,分別對(duì)J個(gè)用戶設(shè)備中的每個(gè)用戶設(shè)備的傳輸業(yè)務(wù)進(jìn)行編號(hào),根據(jù)上述步驟(6)中分配的業(yè)務(wù)傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù),將上述分配的子載波塊中的連續(xù)子載波分配給用戶設(shè)備的每個(gè)傳輸業(yè)務(wù),并記錄當(dāng)前各傳輸業(yè)務(wù)所占用的子載波起始位置號(hào),對(duì)所有用戶設(shè)備的傳輸業(yè)務(wù)分配完畢后,得到子載波分配信息,并計(jì)算當(dāng)前業(yè)務(wù)子幀的正交頻分復(fù)用符號(hào)的峰均比,若當(dāng)前峰均比小于設(shè)定峰均比閾值,則將上述子載波分配信息形成控制子幀,控制子幀與業(yè)務(wù)子幀組成業(yè)務(wù)信道傳輸幀發(fā)送;若當(dāng)前峰均比大于設(shè)定峰均比閾值或者小于前次分配所形成的正交頻分復(fù)用符號(hào)的峰均比,則記錄該峰均比值,并根據(jù)O’j中的業(yè)務(wù)編號(hào),對(duì)O’j中的傳輸業(yè)務(wù)重新排列,記錄當(dāng)前各傳輸業(yè)務(wù)所占用的子載波起始位置號(hào);(8)根據(jù)上述重新排列,重復(fù)步驟(7),直到當(dāng)前業(yè)務(wù)子幀的正交頻分復(fù)用符號(hào)的峰均比小于設(shè)定的峰均比閾值,或經(jīng)過(guò)所有業(yè)務(wù)排列方式后達(dá)到峰均比最小,結(jié)束子載波分配調(diào)整,組成業(yè)務(wù)信道傳輸幀發(fā)送。全文摘要本發(fā)明涉及一種正交頻分復(fù)用系統(tǒng)下行鏈路子載波分配和峰均比抑制方法,屬于無(wú)線通信
技術(shù)領(lǐng)域:
。本方法根據(jù)下行發(fā)射功率上限、當(dāng)前各用戶設(shè)備的下行傳輸鏈路信道狀態(tài)、各傳輸業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量要求以及各業(yè)務(wù)流排隊(duì)狀態(tài)信息,并結(jié)合正交頻分復(fù)用信號(hào)峰均比抑制,能夠?yàn)楦飨滦墟溌穫鬏敇I(yè)務(wù)自適應(yīng)分配子載波,且不需要傳輸邊帶信息和額外功率。該方法在合理分配子載波的同時(shí)能夠有效抑制正交頻分復(fù)用信號(hào)峰均比,可以實(shí)現(xiàn)正交頻分復(fù)用下行鏈路自適應(yīng)調(diào)制,提高系統(tǒng)頻譜效率。該方法適用于下行傳輸鏈路基于正交頻分復(fù)用多址接入方式的無(wú)線通信系統(tǒng)。文檔編號(hào)H04L27/26GK101827061SQ20101013486公開(kāi)日2010年9月8日申請(qǐng)日期2010年3月26日優(yōu)先權(quán)日2010年3月26日發(fā)明者黨軍宏,周坡,曹志剛申請(qǐng)人:清華大學(xué)