專利名稱：多用戶多輸入單輸出-正交頻分多址系統(tǒng)的資源分配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動通信系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及多用戶多輸入單輸出-正交頻分多址系統(tǒng)的資源分配方法。
背景技術(shù)：
在未來通信系統(tǒng)中，正交頻分多址技術(shù)(0FDMA技術(shù))和多輸入單輸出技術(shù)(ΜΙΜΟ 技術(shù))一直備受關(guān)注。OFDMA技術(shù)不但能夠有效的對抗多徑干擾，而且極大的提高頻率效率。MIMO技術(shù)不但能夠通過發(fā)射(接收)波束成型提供發(fā)射(接收)功率增益，而且能夠提供額外的空間自由度增益從而極大的提高系統(tǒng)吞吐量。考慮多用戶MIS0-0FDMA系統(tǒng)的下行傳輸鏈路，基站安裝多根發(fā)射天線，各用戶安裝單根天線，形成虛擬MIMO的情況。用戶利用正交頻分多址接入技術(shù)和空分多址技術(shù)接入系統(tǒng)。因此，系統(tǒng)資源有功率、子載波和空間。每一個(gè)子載波能通過空間預(yù)編碼技術(shù)被不同的用戶共享。其中一種預(yù)編碼技術(shù)是污紙編碼，雖然污紙編碼能達(dá)到最大的下行鏈路容量， 但是由于污紙編碼具有相當(dāng)高的復(fù)雜度，一般很難應(yīng)用于實(shí)時(shí)系統(tǒng)中。另一種預(yù)編碼技術(shù)是迫零編碼，雖然性能次于污紙編碼，但由于復(fù)雜度較低，所以一直備受關(guān)注。迫零編碼要求復(fù)用在相同子載波的用戶數(shù)目必須少于或等于基站天線數(shù)目，否則不能完全消除用戶之間共享相同子載波產(chǎn)生的干擾。利用迫零預(yù)編碼技術(shù)，系統(tǒng)資源分配問題轉(zhuǎn)變?yōu)閮纱笞訂栴}子載波之間功率如何分配和各個(gè)子載波被哪些用戶共享。這兩大子問題是互為關(guān)聯(lián)的，子載波所分配的功率越大，會影響該子載波的用戶選擇；選擇哪些用戶共享該子載波，又反過來影響子載波之間的功率分配。因此，資源分配問題的最優(yōu)化求解是復(fù)雜的。另一方面，資源分配問題有兩大性能指標(biāo)，分別是系統(tǒng)吞吐量和用戶之間的公平性。這兩大性能指標(biāo)往往是互斥的，如何在系統(tǒng)吞吐量與公平性之間進(jìn)行有效的折中，使得資源分配問題更加的復(fù)雜。為了降低復(fù)雜度，文獻(xiàn)S. Kai，W. Ying, C. Zi-xiong，and Ζ. Ping, "Fairness based resource allocation for multiuser MIS0-0FDMA systems with beamforming,"J. China Univ. of Posts and Telec. ,vol. 16,no. l,pp. 38-43,Feb. 2009.首先對各子載波平均分配功率，從而分離子載波的功率分配和用戶選擇這兩者之間的關(guān)系。并且根據(jù)用戶信道之間的相關(guān)性，求出共享各個(gè)子載波的用戶數(shù)目。最后根據(jù)每一個(gè)子載波的用戶數(shù)目遍歷所有用戶子集合求出最優(yōu)的用戶子集合。利用該方法，既能降低一定的復(fù)雜度和獲取一定的公平性。為了進(jìn)一步降低復(fù)雜度和提高用戶之間的公平性，文獻(xiàn)V. D. Papoutsis, I.G.Fraimis, and S. A. Kotsopoulos, "User Selection and Resource Allocation Algorithm with Fairness in MIS0-0FDMA,” IEEE Commun. Letters，vol.14，no.5，may 2010.首先對各子載波平均分配功率，對于各子載波，每一次增加一個(gè)用戶到已選用戶集合前，首先利用用戶信道之間的相關(guān)性，形成一個(gè)臨時(shí)候選集合，然后利用注水算法從臨時(shí)候選集合中挑取一個(gè)用戶添加進(jìn)已選用戶集合中，這種貪婪過程直至公平性約束被破壞或者吞吐量不再增加為止。這種算法極大地降低了資源分配問題的復(fù)雜度，但是為了保證相當(dāng)高的用戶公平性而忽略了系統(tǒng)的吞吐量，使得系統(tǒng)吞吐量大大下降了。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供一種多用戶多輸入單輸出-正交頻分多址系統(tǒng)的資源分配方法，在總功率的約束下，不但保證系統(tǒng)吞吐量，又能保證用戶之間的公平性。本發(fā)明的多用戶多輸入單輸出-正交頻分多址系統(tǒng)的資源分配方法，包括以下步驟1)、基站獲取系統(tǒng)中所有用戶天線在第t個(gè)時(shí)隙的信道信息；2)、將系統(tǒng)總功率等分分配給系統(tǒng)中的所有子載波；3)、輪詢第η個(gè)子載波，初始階段，η = 1；4)、基站根據(jù)第k個(gè)用戶已經(jīng)獲得的吞吐量&和第k個(gè)用戶的用戶服務(wù)質(zhì)量要求
及0十算出第k個(gè)用戶的優(yōu)先級nk,n,= Rl IRk ；再歸一化處理求出第k個(gè)用戶在第
κ
η個(gè)子載波和第t個(gè)時(shí)隙的比例加權(quán)系數(shù)ck,n,t，即
權(quán)利要求
1.多用戶多輸入單輸出-正交頻分多址系統(tǒng)的資源分配方法，其特征在于，包括以下步驟1)、基站獲取系統(tǒng)中所有用戶天線在第t個(gè)時(shí)隙的信道信息；2)、將系統(tǒng)總功率等分分配給系統(tǒng)中的所有子載波；3)、輪詢第η個(gè)子載波，初始階段，η= 1；4)、基站根據(jù)第k個(gè)用戶已經(jīng)獲得的吞吐量和第k個(gè)用戶的用戶服務(wù)質(zhì)量要求及3十算出第k個(gè)用戶的優(yōu)先級Iik, n, t，i]k,n,t = Rl IRk ；再歸一化處理求出第k個(gè)用戶在第η個(gè)
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的資源分配方法，其特征在于，步驟幻所提及的選擇用戶子集合、求出各用戶的迫零預(yù)編碼及所分配的功率均采用比例速率貪婪算法求得，所述比例速率貪婪算法具體步驟為(1)、將當(dāng)前用戶子集合設(shè)為空集，當(dāng)前用戶子集合中的用戶數(shù)設(shè)為0，當(dāng)前用戶子集合在第η個(gè)子載波的比例總速率設(shè)為0 ；所述比例總速率為各用戶的比例加權(quán)系數(shù)與自身速率的乘積和；(2)、判斷當(dāng)前用戶子集合中的用戶數(shù)目是否小于基站的天線數(shù)目，如果是，則轉(zhuǎn)到步驟(3)；如果否，則轉(zhuǎn)到步驟(6)；(3)、把不在當(dāng)前用戶子集合中的每一個(gè)系統(tǒng)用戶單獨(dú)臨時(shí)添加進(jìn)當(dāng)前用戶子集合中， 得到多個(gè)臨時(shí)用戶子集合，比較這些臨時(shí)用戶子集合的比例總速率，求出比例總速率達(dá)到最大化的最優(yōu)臨時(shí)用戶子集合和相應(yīng)的最優(yōu)用戶；G)、比較步驟(3)所求出的最優(yōu)臨時(shí)用戶子集合的比例總速率是否大于當(dāng)前用戶子集合的比例總速率；如果是，則轉(zhuǎn)到步驟(5)，如果否，則轉(zhuǎn)到(6)；(5)、將步驟(3)求出的最優(yōu)用戶添加進(jìn)當(dāng)前用戶子集合中，當(dāng)前用戶子集合的用戶數(shù)目加1，更新當(dāng)前用戶子集合的比例總速率，轉(zhuǎn)到步驟O)；(6)、計(jì)算當(dāng)前用戶子集合中各個(gè)用戶的迫零預(yù)編碼和相應(yīng)的功率分配。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的資源分配方法，其特征在于，步驟C3)和步驟( 所提到的比例總速率、步驟(6)所提到的迫零預(yù)編碼和功率分配均采用比例注水算法求得，具體步驟為①、求出用戶子集合中各用戶的迫零預(yù)編碼；②、根據(jù)拉格朗日求極值的方法和用戶子集合中各用戶的比例加權(quán)系數(shù)迭代求出各用戶所分配的功率和用戶子集合的比例總速率。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種多用戶多輸入單輸出-正交頻分多址系統(tǒng)的資源分配方法，該方法首先將總功率等分給所有子載波；然后串行分配各個(gè)子載波的資源，直至所有子載波分配完畢。在子載波分配資源時(shí)，首先更新用戶的比例加權(quán)系數(shù)，然后使用比例速率貪婪算法求出共享當(dāng)前子載波的用戶子集合和集合中各用戶之間的功率分配。本發(fā)明通過設(shè)置合適的比例加權(quán)系數(shù)來平衡系統(tǒng)吞吐量和用戶公平性，并且由于在為用戶分配功率時(shí)，充分考慮了各用戶的優(yōu)先級，所以能夠在保證用戶公平性的同時(shí)獲得較好的吞吐量性能。
文檔編號H04L27/26GK102202403SQ201110159769
公開日2011年9月28日 申請日期2011年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月15日
發(fā)明者余華, 盧偉山, 季飛, 陳芳炯 申請人:華南理工大學(xué)