專利名稱：分布式多入多出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)及其中資源分配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，特別地涉及一種分布式多入多出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)及 其中資源分配方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有資源分配方法大體可以分為靜態(tài)分配方法和動(dòng)態(tài)分配方法兩類，而為了簡(jiǎn)化 問題，與子載波相關(guān)的動(dòng)態(tài)資源分配方法通常假設(shè)一個(gè)子載波在一個(gè)分配時(shí)隙內(nèi)只能由一 個(gè)用戶占用，這類方法應(yīng)用到分布式MIM0-0FDM(多入多出正交頻分復(fù)用)系統(tǒng)中無法充分 利用MIM0中的空分多址，因而所能達(dá)到的容量性能十分有限。一種最優(yōu)天線與子載波分配方法的基本原理是將天線與子載波等效為空頻子信 道，進(jìn)而依據(jù)一定的準(zhǔn)則(如使系統(tǒng)容量最大化)通過遍歷搜索的方式將子信道分配給用 戶。若系統(tǒng)具有Nt根發(fā)射天線，M個(gè)子載波，K個(gè)用戶，則系統(tǒng)共有Nt M個(gè)子信道，采用這 種方法總共要進(jìn)行尺 M次搜索，而且需要每個(gè)用戶反饋其在所有天線和子載波上所支持 的最大速率。顯然，如此龐大的計(jì)算量和反饋開銷使得這種方法很難應(yīng)用在實(shí)際的分布式 MIM0-0FDM系統(tǒng)中。為了解決最優(yōu)分配方法存在的問題，當(dāng)前的MASA (Multi-user Antenna & Sub-carrier Allocation)方法需要基站與用戶端都有一定的選擇和計(jì)算能力，在假設(shè) 功率平均分配的情況下，通過先選擇天線再選擇用戶的過程，避免了遍歷搜尋每個(gè)用戶上 所有天線與子載波的組合，從而降低了運(yùn)算的復(fù)雜度。這種方法的容量性能與最優(yōu)分配方 法相接近，另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是用戶只需反饋其在每個(gè)子載波上的最優(yōu)天線序號(hào)及其相應(yīng)的速 率，不需要反饋所有的信道狀態(tài)信息，反饋開銷較低。然而，這種方法由于沒有考慮系統(tǒng)天 線數(shù)量大于用戶數(shù)的情況，導(dǎo)致在用戶數(shù)相對(duì)較少時(shí)系統(tǒng)性能有所損失。由此可見，當(dāng)前需要一種新的資源分配的技術(shù)方案，來解決分布式多入多出正交 頻分復(fù)用系統(tǒng)中存在的上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種分布式多入多出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)及其 中資源分配方法，解決了當(dāng)前方法由于沒有考慮系統(tǒng)天線數(shù)量大于用戶數(shù)的情況，導(dǎo)致在 用戶數(shù)相對(duì)較少時(shí)系統(tǒng)性能有所損失的問題。為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種分布式多入多出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中資源 分配方法，包括小區(qū)內(nèi)每個(gè)用戶分別根據(jù)得到的信道狀態(tài)的數(shù)據(jù)計(jì)算小區(qū)內(nèi)各個(gè)端口為其提供 的最大速率，根據(jù)得到的結(jié)果選擇通信端口 ；確定為通信端口的端口下屬的全部用戶分別計(jì)算該端口內(nèi)的全部天線為其提供 的最大速率，根據(jù)得到的結(jié)果選擇速率最大的天線，并將攜帶選擇的天線編號(hào)及其對(duì)應(yīng)速 率的用戶信息反饋至相應(yīng)端口；端口根據(jù)收到的用戶信息，為該端口內(nèi)的每根天線對(duì)應(yīng)的全部用戶中選擇速率最大的一個(gè)用戶作為服務(wù)對(duì)象分配天線和子載波，完成資源分配。進(jìn)一步地，上述方法還可包括，所述小區(qū)內(nèi)每個(gè)用戶是通過信道估計(jì)獲得所述信 道狀態(tài)的數(shù)據(jù)。進(jìn)一步地，上述方法還可包括，所述小區(qū)內(nèi)每個(gè)用戶根據(jù)得到的結(jié)果選擇通信端 口，是通過得到的結(jié)果中選擇速率最大的兩個(gè)端口作為通信端口來完成。進(jìn)一步地，上述方法還可包括，所述端口是并行地為選擇的作為服務(wù)對(duì)象的用戶 分配天線和子載波，完成資源分配。進(jìn)一步地，上述方法還可包括，所述端口選擇速率最大的一個(gè)用戶作為服務(wù)對(duì)象 分配天線和子載波后，還包括更新該端口的天線集和用戶集，完成資源分配。進(jìn)一步地，上述方法還可包括，所述端口若判斷該端口內(nèi)天線由于對(duì)應(yīng)的信道與 其他天線相比較差而沒被任何用戶選中，且該端口內(nèi)每根天線下屬的全部用戶中仍有用戶 未分到資源，則所述端口內(nèi)每根天線下屬的未分到資源的用戶分別計(jì)算該端口內(nèi)的未分配的 全部天線為其提供的最大速率，根據(jù)得到的結(jié)果選擇速率最大的天線，并將攜帶選擇的天 線編號(hào)及對(duì)應(yīng)速率的用戶信息反饋至相應(yīng)端口；端口根據(jù)收到的用戶信息，為該端口內(nèi)的未分配的全部天線中每根天線對(duì)應(yīng)的未 分到資源的全部用戶中選擇速率最大的一個(gè)用戶作為服務(wù)對(duì)象分配天線和子載波，完成資 源分配。本發(fā)明還提供了一種分布式多入多出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)，包括計(jì)算控制模塊和資 源控制模塊，其中，所述計(jì)算控制模塊，用于對(duì)小區(qū)內(nèi)每個(gè)用戶分別根據(jù)得到的信道狀態(tài)的數(shù)據(jù)計(jì)算 小區(qū)內(nèi)各個(gè)端口為其提供的最大速率，根據(jù)得到的結(jié)果選擇通信端口 ；對(duì)確定為通信端口 的端口下屬的全部用戶分別計(jì)算該端口內(nèi)的全部天線為其提供的最大速率，根據(jù)得到的結(jié) 果選擇速率最大的天線，并將攜帶選擇的天線編號(hào)及其對(duì)應(yīng)速率的用戶信息反饋至所述資 源控制模塊；所述資源控制模塊，用于根據(jù)收到的用戶信息，對(duì)其相應(yīng)的確定為通信端口的端 口中每根天線對(duì)應(yīng)的全部用戶中選擇速率最大的一個(gè)用戶作為服務(wù)對(duì)象分配天線和子載 波，完成資源分配。進(jìn)一步地，上述系統(tǒng)還可包括，所述計(jì)算控制模塊是通過信道估計(jì)獲得所述信道 狀態(tài)的數(shù)據(jù)。進(jìn)一步地，上述系統(tǒng)還可包括，所述計(jì)算控制模塊根據(jù)得到的結(jié)果選擇通信端口， 是通過得到的結(jié)果中選擇速率最大的兩個(gè)端口作為通信端口來完成。進(jìn)一步地，上述系統(tǒng)還可包括，所述資源控制模塊，還用于選擇速率最大的一個(gè)用 戶作為服務(wù)對(duì)象分配天線和子載波后，更新該端口的天線集和用戶集，完成資源分配。與現(xiàn)有技術(shù)相比，應(yīng)用本發(fā)明，避免了遍歷搜索，且不再需要反饋全部CSI，因而能 夠大大降低計(jì)算復(fù)雜度和反饋量；與MASA方法相比，一方面，本發(fā)明綜合考慮了不同用戶 數(shù)的情況，因此在用戶數(shù)相對(duì)較少的時(shí)候，容量性能優(yōu)于MASA方法，另一方面，雖然由于端 口選擇，用戶所能分配到的資源范圍變小，導(dǎo)致在用戶數(shù)相對(duì)較多時(shí)，容量性能稍遜于MASA 方法，但是本發(fā)明提出的這種端口并行處理的方法能夠提高時(shí)間的利用率，優(yōu)化系統(tǒng)的工
5作效率。總之，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)通信系統(tǒng)性能與復(fù)雜度的有效折中，并行處理的方法符合分 布式MIM0-0FDM系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，因此更適用于分布式MIM0-0FDM系統(tǒng)，可以為未來無線通 信系統(tǒng)的資源分配方案提供重要的理論依據(jù)和具體的實(shí)現(xiàn)方法。。


圖1是本發(fā)明的分布式MIM0-0FDM系統(tǒng)中資源分配方法的流程圖；圖2是實(shí)例中多用戶分布式MIM0-0FDM系統(tǒng)示意圖；圖3是實(shí)例中多用戶分布式MIM0-0FDM系統(tǒng)下行鏈路框圖；圖4是實(shí)例中小區(qū)內(nèi)各用戶獲得其相應(yīng)的信道矩陣的流程圖；圖5是實(shí)例中資源分配的流程圖；圖6為基站端天線端口數(shù)N = 4，每個(gè)端口內(nèi)天線數(shù)為L(zhǎng) = 2，用戶數(shù)為K = 5，每 個(gè)用戶終端天線數(shù)為凡=2時(shí)，系統(tǒng)容量隨子載波平均信噪比SNR變化的示意圖；圖7為每個(gè)用戶終端天線數(shù)為N, = 4，其余條件不變的情況下，系統(tǒng)容量隨SNR變 化的示意圖；圖8為N = 4，L = 2,Nr = 2, SNR = 10dB時(shí)，系統(tǒng)容量隨用戶數(shù)量變化的示意圖；圖9為L(zhǎng) = 4，其余條件不變的情況下，系統(tǒng)容量隨用戶數(shù)量變化的示意圖；圖10為N = 4，L = 2，N, = 2時(shí)，進(jìn)行5000次完整的天線與子載波分配，本發(fā)明 方法與MASA方法相比所需計(jì)算時(shí)間隨用戶數(shù)變化的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。本發(fā)明的主要構(gòu)思在于本發(fā)明是基于端口選擇的天線與子載波分配(MPSASA， Multi-user Port Selection-based Antenna & Sub-carrierAllocation)；各用戶依據(jù)信 道估計(jì)的結(jié)果選出信道狀況最好的兩個(gè)端口作為通信端口 ；用戶在所選端口的每個(gè)子載波 上選擇最優(yōu)天線，并將選擇天線號(hào)及對(duì)應(yīng)的最大速率通過最優(yōu)反饋信道反饋給相應(yīng)端口 ； 然后各端口在每根天線上選擇速率最大的用戶作為服務(wù)對(duì)象，重復(fù)上述過程直到所有天線 與子載波對(duì)應(yīng)的子信道分配完畢為止。在實(shí)現(xiàn)過程中，每個(gè)子信道最多只能由一個(gè)用戶占 用，而每個(gè)用戶同時(shí)可占用一個(gè)或多個(gè)子信道。假設(shè)由小區(qū)內(nèi)所有K個(gè)用戶組成的集合為Q，每個(gè)天線端口下屬的用戶集合為 ，端口內(nèi)每根天線上的用戶集為^^，則有^^￡%
對(duì)于每一端口，Qp內(nèi)用戶分別計(jì)算~內(nèi)各天線可能為其提供的最大速率，選擇速 率最大的天線，并將其編號(hào)及對(duì)應(yīng)速率通過理想的反饋信道反饋至相應(yīng)端口，至此，端口內(nèi) 每根天線上的用戶集確定。步驟130、端口根據(jù)收到的用戶信息，為該端口內(nèi)的每根天線從對(duì)應(yīng)的全部用戶中 選擇速率最大的一個(gè)用戶作為服務(wù)對(duì)象，分配天線和子載波，更新該端口的天線集和用戶 集，完成資源分配。端口根據(jù)接收到的用戶信息為下屬的每根天線從相應(yīng)的Qpa內(nèi)選擇速率最大的 一個(gè)用戶作為服務(wù)對(duì)象，更新天線集&和用戶集Qp。對(duì)于端口內(nèi)個(gè)別天線由于對(duì)應(yīng)的信道與其他天線相比較差而沒被任何用戶選中， 且中仍有用戶未分到資源的情況，針對(duì)未被選中的天線和未分到資源的用戶繼續(xù)實(shí)施 步驟120和步驟130，完成資源分配。對(duì)于Qp所有用戶均已分到資源，而~中尚有天線未被分配出去的情況，針對(duì)未被 分配出去的天線和端口內(nèi)所有用戶繼續(xù)實(shí)施120和步驟130，完成資源分配。本發(fā)明的分布式多入多出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)，包括計(jì)算控制模塊和資源控制模 塊，其中，所述計(jì)算控制模塊，用于對(duì)小區(qū)內(nèi)每個(gè)用戶分別根據(jù)得到的信道狀態(tài)的數(shù)據(jù)計(jì)算 小區(qū)內(nèi)各個(gè)端口為其提供的最大速率，根據(jù)得到的結(jié)果選擇通信端口 ；對(duì)確定為通信端口 的端口下屬的全部用戶分別計(jì)算該端口內(nèi)的全部天線為其提供的最大速率，根據(jù)得到的結(jié) 果選擇速率最大的天線，并將攜帶選擇的天線編號(hào)及其對(duì)應(yīng)速率的用戶信息反饋至所述資 源控制模塊；所述資源控制模塊，用于根據(jù)收到的用戶信息，對(duì)其相應(yīng)的確定為通信端口的端 口中每根天線對(duì)應(yīng)的全部用戶中選擇速率最大的一個(gè)用戶作為服務(wù)對(duì)象分配天線和子載 波，完成資源分配。所述計(jì)算控制模塊是通過信道估計(jì)獲得所述信道狀態(tài)的數(shù)據(jù)。所述計(jì)算控制模塊根據(jù)得到的結(jié)果選擇通信端口，是通過得到的結(jié)果中選擇速率 最大的兩個(gè)端口作為通信端口來完成。所述資源控制模塊，還用于選擇速率最大的一個(gè)用戶作為服務(wù)對(duì)象分配天線和子 載波后，更新該端口的天線集和用戶集，完成資源分配。本發(fā)明避免了遍歷搜索，且不再需要反饋全部CSI，因而能夠大大降低計(jì)算復(fù)雜度 和反饋量；與MASA方法相比，一方面，本發(fā)明綜合考慮了不同用戶數(shù)的情況，因此在用戶數(shù) 相對(duì)較少的時(shí)候，容量性能優(yōu)于MASA方法，另一方面，雖然由于端口選擇，用戶所能分配到 的資源范圍變小，導(dǎo)致在用戶數(shù)相對(duì)較多時(shí)，容量性能稍遜于MASA方法，但是本發(fā)明提出 的這種端口并行處理的方法能夠提高時(shí)間的利用率，優(yōu)化系統(tǒng)的工作效率?？傊?，本發(fā)明能 夠?qū)崿F(xiàn)通信系統(tǒng)性能與復(fù)雜度的有效折中，并行處理的方法符合分布式MIM0-0FDM系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)思路，因此更適用于分布式MIM0-0FDM系統(tǒng)，可以為未來無線通信系統(tǒng)的資源分配方 案提供重要的理論依據(jù)和具體的實(shí)現(xiàn)方法。下面結(jié)合具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。圖2是多用戶分布式MIM0-0FDM系統(tǒng)示意圖，其中用戶數(shù)為2，每個(gè)用戶終端包含 2根天線，天線端口數(shù)為4，每個(gè)端口包含4根天線。后續(xù)實(shí)施例都將考慮如圖1所示場(chǎng)景(限定系統(tǒng)天線端口數(shù)和分布位置)，假設(shè)矩形小區(qū)邊長(zhǎng)為1000m，四個(gè)天線端口分別位于 由坐標(biāo)軸分割而成的四個(gè)小矩形的中心位置，用戶均勻分布于整個(gè)小區(qū)范圍。圖3是多用戶分布式MIM0-0FDM系統(tǒng)下行鏈路框圖?；久總€(gè)天線端口包含2根 或4根發(fā)射天線，每個(gè)用戶終端包含2根或4根天線，系統(tǒng)子載波數(shù)為64。準(zhǔn)確的信道狀 態(tài)信息在各個(gè)用戶終端通過理想的信道估計(jì)獲取，用戶完成端口選擇和端口內(nèi)最優(yōu)天線選 擇后，將最優(yōu)天線號(hào)及相應(yīng)速率通過無噪聲、無延遲的理想反饋信道反饋給相應(yīng)端口。本發(fā) 明不涉及具體的信道估計(jì)方法。為了更準(zhǔn)確地測(cè)試本發(fā)明對(duì)系統(tǒng)容量性能的影響，在復(fù)合 衰落信道下采用Monte Carlo方法進(jìn)行仿真，該信道包含路徑損耗、陰影衰落及小尺度快衰 落，其中小尺度快衰落的相關(guān)參數(shù)依據(jù)SCM場(chǎng)景設(shè)定，假設(shè)最大可分離路徑數(shù)為6。本發(fā)明不涉及信道估計(jì)的具體問題，假定每個(gè)用戶終端都能獲得各自全部的準(zhǔn)確 的信道狀態(tài)信息。這里重點(diǎn)說明仿真中采用的信道矩陣的生成方法。假設(shè)用戶k到基站的信道矩陣為Hk (dk)，則有 其中，N為基站天線端口數(shù)
為用戶k到天線端口之間的距離 向量，Hk(dk)中的元素妃((1產(chǎn))可以表示為 其中，1^為天線端口內(nèi)的天線數(shù)，
2，…，N, Mk為用戶k的天線數(shù)，hffllik (O為用戶k的第m個(gè)天線與第i個(gè)端口的第1個(gè)天 線之間的信道衰落，包括路徑損耗、陰影衰落和小尺度快衰落，具體表示為
|_0062」 其中
, a 為路徑損耗因子，I sh, i N(0，o sh2)為零均 值高斯變量，osh為天線端口與移動(dòng)臺(tái)之間的陰影衰落標(biāo)準(zhǔn)差，hmlik為快衰落。生成信道矩 陣時(shí)，相同端口內(nèi)天線各可分離路徑的大尺度(路徑損耗、陰影衰落)衰落相同，不同端口 間大尺度衰落獨(dú)立同分布，而小尺度衰落均是獨(dú)立同分布的。如圖4所示，小區(qū)內(nèi)各用戶獲得其相應(yīng)的信道矩陣，包括以下步驟步驟410、在如圖2所示小區(qū)范圍內(nèi)，假設(shè)四個(gè)天線端口所在位置坐標(biāo)分別為 (250,250)、(-250,250)、(-250，-250)、(250，-250)，依據(jù)均勻分布規(guī)律生成用戶k的坐標(biāo) (x, y)；步驟420、計(jì)算用戶k到各天線端口的距離向量，并進(jìn)行歸一化處理將距離向量 中的各元素均除以該向量中的最小值；步驟430、計(jì)算路徑損耗；步驟440、生成陰影衰落矩陣；步驟450、根據(jù)SCM場(chǎng)景生成可分離路徑數(shù)為6的小尺度衰落矩陣；步驟460、將步驟430、步驟440和步驟450得到的結(jié)果相乘得到時(shí)域的復(fù)合衰落 矩陣H ；步驟470、進(jìn)行平均意義上的歸一化處理，具體方法為將所得矩陣除以歸一化因子 g，g滿足g2 = Lp trace (HHh) / (MkNL)，其中Lp為可分離路徑數(shù)；步驟480、對(duì)各個(gè)端口的每一天線對(duì)應(yīng)的時(shí)域衰落進(jìn)行如下處理即可得到最終使用的信道矩陣將天線各徑上的衰落值放到一起進(jìn)行64點(diǎn)的FFT變換，從而將時(shí)域復(fù)合衰 落矩陣變換到頻域。需要說明的是，由于小區(qū)內(nèi)各用戶的出現(xiàn)相互獨(dú)立，因此其相應(yīng)的信道矩陣均可 采用上述方法分別生成。圖5中變量說明如下Rpk 用戶k在端口 p內(nèi)的最大速率，其中k= 1，2，…，K;p=l，2，…，N;Qp 每個(gè)天線端口下屬的用戶集合；Qpa 端口內(nèi)天線a上的用戶集合，其中a= 1，2，…，L ；Ap:端口內(nèi)的天線集；m:子載波號(hào)，m = 1，2，...，M;圖5中標(biāo)號(hào)內(nèi)容補(bǔ)充說明如下步驟510、用戶在各端口內(nèi)的最大速率的計(jì)算方法；假設(shè)用戶終端采用理想信號(hào)檢測(cè)方法，使得來自其他天線的干擾信號(hào)都能很好地 消除，此時(shí)在子載波m內(nèi)，用戶k在第1根天線上的最大傳輸速率可由下式計(jì)算 其中，
為子載波的平均信噪比，[Hj.i表示矩陣Hmk的第1列，I'M2 表示向量的F范數(shù)。因此，用戶k在端口p內(nèi)的最大速率為 步驟520、用戶的端口選擇過程；對(duì)于用戶k，選擇使得Rpk(p = 1,2,…，N)最大的兩個(gè)端口作為通信端口。步驟530、用戶在端口內(nèi)選擇最優(yōu)天線的過程；對(duì)于用戶k，在選定端口中的每一個(gè)子載波上分別選擇一根使得Ru15最大的天線。步驟540、端口內(nèi)天線選擇用戶的過程。如前技術(shù)方案中所述，經(jīng)過前面幾步過程后，端口內(nèi)每一天線都有相應(yīng)的用戶集 ，此時(shí)只需在中選擇速率最大的一個(gè)用戶作為服務(wù)對(duì)象即可。上述步驟510 步驟530在用戶終端實(shí)現(xiàn)，步驟540在基站端實(shí)現(xiàn)，此外，基站端 還需根據(jù)天線與子載波分配的實(shí)際情況(技術(shù)方案中提到兩種)，通過天線端口與下屬用 戶進(jìn)行交互，如要求用戶反饋在一部分特定天線上的最優(yōu)天線號(hào)及相應(yīng)速率等，進(jìn)而再由 天線端口完成剩余資源的分配。本實(shí)例是基于實(shí)施前提中給出的復(fù)合衰落信道模型，這種模型是用于研究分布式 MIM0系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的經(jīng)典模型。假定信道具有頻率選擇性衰落特性，經(jīng)過OFDM調(diào)制后，每 一個(gè)子載波內(nèi)的信道可視為平坦衰落信道，假設(shè)整個(gè)天線與子載波分配過程在一個(gè)時(shí)隙內(nèi) 完成，在此期間信道保持不變。進(jìn)一步假定用戶接收端通過理想信道估計(jì)獲得全部信道狀 態(tài)信息，而基站端未知信道狀態(tài)信息，此時(shí)系統(tǒng)的最佳功率分配方式為平均分配，每個(gè)用戶 均可以通過無噪聲、無延遲的理想反饋信道反饋各自在每個(gè)子載波上的最優(yōu)天線號(hào)及對(duì)應(yīng) 速率至相應(yīng)端口，使端口掌握下屬天線上接入的用戶情況。通過Monte Carlo仿真比較本發(fā)明即MPSASA方法與已有MASA方法以及另外兩種傳統(tǒng)天線與子載波分配方法的性能。其中傳統(tǒng)天線與子載波分配方法指0FDMA與TDMA方 法。在0FDMA中，每個(gè)子載波最多只能由一個(gè)用戶占用，逐一將子載波分配給在該子載波上 速率最大的用戶，若在所有用戶都已分得子載波的情況下仍有子載波剩余，則將剩余子載 波逐一分配給當(dāng)前獲得實(shí)際速率與需求速率比值不是最大而在該子載波上速率最大的用 戶；在TDMA中，基站在每一調(diào)度時(shí)刻只隨機(jī)選擇一個(gè)用戶進(jìn)行通信，將系統(tǒng)的所有資源均 分配給該用戶。如圖2所示，假設(shè)矩形小區(qū)的邊長(zhǎng)為1000m，4個(gè)天線端口分別位于由坐標(biāo) 軸分割而成的小矩形的中心，用戶在整個(gè)矩形小區(qū)內(nèi)均勻分布，信道的路徑損耗因子為4， 陰影衰落標(biāo)準(zhǔn)差為8dB，小尺度衰落的可分離路徑數(shù)為6，系統(tǒng)子載波數(shù)為64。所有的容量 性能結(jié)果均通過對(duì)5000次信道實(shí)現(xiàn)所得相應(yīng)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)平均得到。圖6所示為基站端天線端口數(shù)N = 4，每個(gè)端口內(nèi)天線數(shù)為L(zhǎng) = 2，用戶數(shù)為K = 5，每個(gè)用戶終端天線數(shù)為凡=2時(shí)，系統(tǒng)容量隨子載波平均信噪比SNR變化的情況。從上圖可以看出，在不同信噪比下，本發(fā)明方法的性能與MASA方法較為接近，顯 著優(yōu)于兩種傳統(tǒng)的分配方法，這是因?yàn)椋景l(fā)明方法與MASA方法相似，同樣能夠較好地利 用多天線的空分多址作用，進(jìn)而達(dá)到優(yōu)化系統(tǒng)性能的目的。對(duì)比本發(fā)明方法與MASA方法， 隨著信噪比的升高，本發(fā)明方法的性能優(yōu)勢(shì)逐漸增大，這是因?yàn)楸景l(fā)明方法在用戶數(shù)少于 基站端天線數(shù)時(shí)能夠更充分地利用資源，而由此帶來的優(yōu)勢(shì)與信噪比存在正比關(guān)系。對(duì)比 0FDMA與TDMA，由于0FDMA方法在分配時(shí)考慮了用戶的信道狀況，對(duì)用戶進(jìn)行了選擇，因此 其性能優(yōu)于TDMA。圖7所示為每個(gè)用戶終端天線數(shù)為凡=4，其余條件不變的情況下，系統(tǒng)容量隨 SNR變化的情況。圖7內(nèi)各方法容量性能的變化趨勢(shì)與圖6基本一致，對(duì)比圖7與圖6可以發(fā)現(xiàn)， 相同信噪比下，各方法的容量性能均有所提升，其中本發(fā)明方法的性能提升略大于MASA方 法，而0FDMA方法的性能提升則略小于TDMA方法，這是因?yàn)?，隨著用戶天線數(shù)的增多，其對(duì) 所得資源的利用率提高，在MASA方法中被忽略的一小部分資源在本發(fā)明方法中得到了更 充分的利用。圖8所示為N = 4，L = 2，凡=2，SNR = 10dB時(shí)，系統(tǒng)容量隨用戶數(shù)量變化的情況?？梢钥闯?，本發(fā)明方法的容量性能與MASA方法的趨勢(shì)一致，均是隨著用戶數(shù)的增 加而提高最終趨于平坦，而0FDMA與TDMA方法的容量性能對(duì)用戶數(shù)的變化不敏感，基本保 持不變。當(dāng)用戶數(shù)小于基站天線數(shù)時(shí)，本發(fā)明方法的性能優(yōu)于MASA方法，反之稍遜于MASA 方法。這是因?yàn)楫?dāng)用戶數(shù)較多時(shí)，MASA算法能從全局角度優(yōu)化資源分配結(jié)果，而本發(fā)明方 法由于端口選擇限制了部分資源分配的范圍，因而在性能上略有損失。圖9所示為L(zhǎng) = 4，其余條件不變的情況下，系統(tǒng)容量隨用戶數(shù)量變化的情況?？梢钥闯觯?dāng)用戶數(shù)量與基站天線數(shù)量相差較大時(shí)，MASA方法的性能損失較嚴(yán)重， 而本發(fā)明方法由于排除在外的資源分配范圍擴(kuò)大，因此在用戶數(shù)較多時(shí)，與MASA方法性能 的差距較之圖8所示情況有所增大。圖10所示為N = 4，L = 2，N, = 2時(shí)，進(jìn)行5000次完整的天線與子載波分配，本 發(fā)明方法與MASA方法所需計(jì)算時(shí)間隨用戶數(shù)變化的情況?？梢钥闯觯S著用戶數(shù)的增加，兩種方法所需時(shí)間均呈線性增長(zhǎng)，而MASA方法所需時(shí)間是本發(fā)明方法的兩倍多，且差距隨著的用戶數(shù)的增加進(jìn)一步增大。本發(fā)明方法的時(shí) 間利用率更高。 以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋 在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種分布式多入多出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中資源分配方法，其特征在于，包括小區(qū)內(nèi)每個(gè)用戶分別根據(jù)得到的信道狀態(tài)的數(shù)據(jù)計(jì)算小區(qū)內(nèi)各個(gè)端口為其提供的最大速率，根據(jù)得到的結(jié)果選擇通信端口；確定為通信端口的端口下屬的全部用戶分別計(jì)算該端口內(nèi)的全部天線為其提供的最大速率，根據(jù)得到的結(jié)果選擇速率最大的天線，并將攜帶選擇的天線編號(hào)及其對(duì)應(yīng)速率的用戶信息反饋至相應(yīng)端口；端口根據(jù)收到的用戶信息，為該端口內(nèi)的每根天線對(duì)應(yīng)的全部用戶中選擇速率最大的一個(gè)用戶作為服務(wù)對(duì)象分配天線和子載波，完成資源分配。
2.如權(quán)利要求1所述的資源分配方法，其特征在于，所述小區(qū)內(nèi)每個(gè)用戶是通過信道估計(jì)獲得所述信道狀態(tài)的數(shù)據(jù)。
3.如權(quán)利要求1所述的資源分配方法，其特征在于，所述小區(qū)內(nèi)每個(gè)用戶根據(jù)得到的結(jié)果選擇通信端口，是通過得到的結(jié)果中選擇速率最 大的兩個(gè)端口作為通信端口來完成。
4.如權(quán)利要求1所述的資源分配方法，其特征在于，所述端口是并行地為選擇的作為服務(wù)對(duì)象的用戶分配天線和子載波，完成資源分配。
5.如權(quán)利要求1所述的資源分配方法，其特征在于，所述端口選擇速率最大的一個(gè)用戶作為服務(wù)對(duì)象分配天線和子載波后，還包括更新該 端口的天線集和用戶集，完成資源分配。
6.如權(quán)利要求1所述的資源分配方法，其特征在于， 還包括所述端口若判斷該端口內(nèi)天線由于對(duì)應(yīng)的信道與其他天線相比較差而沒被任何用戶 選中，且該端口內(nèi)每根天線下屬的全部用戶中仍有用戶未分到資源，則所述端口內(nèi)每根天線下屬的未分到資源的用戶分別計(jì)算該端口內(nèi)的未分配的全部 天線為其提供的最大速率，根據(jù)得到的結(jié)果選擇速率最大的天線，并將攜帶選擇的天線編 號(hào)及對(duì)應(yīng)速率的用戶信息反饋至相應(yīng)端口；端口根據(jù)收到的用戶信息，為該端口內(nèi)的未分配的全部天線中每根天線對(duì)應(yīng)的未分到 資源的全部用戶中選擇速率最大的一個(gè)用戶作為服務(wù)對(duì)象分配天線和子載波，完成資源分 配。
7.一種分布式多入多出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)，其特征在于， 包括計(jì)算控制模塊和資源控制模塊，其中，所述計(jì)算控制模塊，用于對(duì)小區(qū)內(nèi)每個(gè)用戶分別根據(jù)得到的信道狀態(tài)的數(shù)據(jù)計(jì)算小區(qū) 內(nèi)各個(gè)端口為其提供的最大速率，根據(jù)得到的結(jié)果選擇通信端口 ；對(duì)確定為通信端口的端 口下屬的全部用戶分別計(jì)算該端口內(nèi)的全部天線為其提供的最大速率，根據(jù)得到的結(jié)果選 擇速率最大的天線，并將攜帶選擇的天線編號(hào)及其對(duì)應(yīng)速率的用戶信息反饋至所述資源控 制模塊；所述資源控制模塊，用于根據(jù)收到的用戶信息，對(duì)其相應(yīng)的確定為通信端口的端口中 每根天線對(duì)應(yīng)的全部用戶中選擇速率最大的一個(gè)用戶作為服務(wù)對(duì)象分配天線和子載波，完 成資源分配。
8.如權(quán)利要求7所述的分布式多入多出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)，其特征在于，所述計(jì)算控制模塊是通過信道估計(jì)獲得所述信道狀態(tài)的數(shù)據(jù)。
9.如權(quán)利要求7所述的分布式多入多出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)，其特征在于，所述計(jì)算控制模塊根據(jù)得到的結(jié)果選擇通信端口，是通過得到的結(jié)果中選擇速率最大 的兩個(gè)端口作為通信端口來完成。
10.如權(quán)利要求7所述的分布式多入多出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)，其特征在于，所述資源控制模塊，還用于選擇速率最大的一個(gè)用戶作為服務(wù)對(duì)象分配天線和子載波 后，更新該端口的天線集和用戶集，完成資源分配。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種分布式多入多出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)及其中資源分配方法，包括小區(qū)內(nèi)每個(gè)用戶分別根據(jù)得到的信道狀態(tài)的數(shù)據(jù)計(jì)算小區(qū)內(nèi)各個(gè)端口為其提供的最大速率，根據(jù)得到的結(jié)果選擇通信端口；確定為通信端口的端口下屬的全部用戶分別計(jì)算該端口內(nèi)的全部天線為其提供的最大速率，根據(jù)得到的結(jié)果選擇速率最大的天線，并將攜帶選擇的天線編號(hào)及其對(duì)應(yīng)速率的用戶信息反饋至相應(yīng)端口；端口根據(jù)收到的用戶信息，為該端口內(nèi)的每根天線對(duì)應(yīng)的全部用戶中選擇速率最大的一個(gè)用戶作為服務(wù)對(duì)象分配天線和子載波，完成資源分配。解決了當(dāng)前方法由于沒有考慮系統(tǒng)天線數(shù)量大于用戶數(shù)的情況，導(dǎo)致在用戶數(shù)相對(duì)較少時(shí)系統(tǒng)性能有所損失的問題。
文檔編號(hào)H04W72/08GK101854724SQ201010135398
公開日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2010年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月30日
發(fā)明者仵國(guó)鋒, 季仲梅, 崔維嘉, 王大鳴, 鄭娜娥 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍信息工程大學(xué)