專利名稱：Mimo-ofdma無線中繼系統(tǒng)的分布式資源分配方法
MIMO-OFDMA無線中繼系統(tǒng)的分布式資源分配方法技術領域
本發(fā)明屬于無線通信技術領域，尤其涉及MIM0-0FDMA無線中繼系統(tǒng)的分布式的資源分配方法。
背景技術：
MIMO多天線技術將原本帶來干擾的多徑效應轉弊為利，不僅能夠獲得空間復用增益，進而提高信道容量，還能獲得空間分集增益，進而提高信道的可靠性，但其對于頻率選擇性衰落無能為力。OFDMA技術不僅能夠利用頻譜的正交性提高頻譜利用率，還能夠帶來多用戶分集增益，并有效對抗頻率選擇性衰落、小區(qū)干擾以及符號干擾。另外，LTE-A標準已明確采用無線中繼技術，以擴展網絡覆蓋范圍、降低設備功耗、提高系統(tǒng)容量，并能夠平衡網絡負載。由于可以聯(lián)合空間資源與頻率資源帶來的性能增益，并通過中繼技術進一步提升系統(tǒng)性能，基于MMO多天線與OFDMA多址技術(可簡稱為MM0-0FDMA)的無線中繼系統(tǒng)成為了近年來的研究熱點，尤其是基于該類系統(tǒng)的資源分配問題。
隨著用戶數(shù)量的爆炸性增長，傳統(tǒng)的集中式資源分配算法對于基站的運算量要求日益嚴苛，因此，基于中繼輔助的分布式資源分配算法在未來的大規(guī)模、廣覆蓋的高速移動通信系統(tǒng)中將更具優(yōu)勢。發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題為提供一種可用于MM0-0FDMA無線中繼系統(tǒng)的分布式資源分配方法，能夠對功率及子載波資源進行有效分配，可以靈活地選擇中繼轉發(fā)策略及雙工方式，適用于包含延時敏感用戶的系統(tǒng)，并且能夠降低基站運算量。
為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種MM0-0FDMA無線中繼系統(tǒng)的分布式資源分配方法，所述方法包括以下步驟:
(1)初始化MIM0-0FDMA無線中繼系統(tǒng)參數(shù),所述參數(shù)包括基站初始化子載波拉格朗日乘子、功率拉格朗日乘子及延時敏感用戶速率拉格朗日乘子，系統(tǒng)最大功率以及次梯度算法的迭代步長，初始化各用戶的各自權重及延時敏感用戶的最小速率；
(2)中繼節(jié)點根據(jù)信道狀態(tài)信息與基站設置的功率及延時敏感用戶速率的拉格朗日乘子依次計算各中繼節(jié)點負責范圍內用戶終端的以下各量值:功率分配值、等效信噪比、系統(tǒng)信道容量、邊際效益、子載波分配值和等效系統(tǒng)功率分配值及延時敏感用戶的吞吐量，并將子載波分配值、等效系統(tǒng)功率分配值以及延時敏感用戶吞吐量發(fā)送至基站；
(3)基站基于步驟(2)中計算得到的子載波分配值、等效系統(tǒng)功率分配值以及延時敏感用戶吞吐量，采用次梯度算法分別計算子載波、功率及延時敏感用戶速率的拉格朗日乘子，并將計算后得到的新的拉格朗日乘子結果反饋至中繼節(jié)點；
(4)所述中繼節(jié)點判斷所述子載波分配值及所述等效系統(tǒng)功率分配值是否達到收斂，若未達到收斂，則系統(tǒng)重復步驟(2)與(3)，即中繼節(jié)點根據(jù)新的拉格朗日乘子重新計算步驟(2)所述各參數(shù)，并將新的計算結果發(fā)送至基站，基站則根據(jù)中繼節(jié)點的計算結果重新計算步驟(3)所述拉格朗日乘子；若達到收斂，則系統(tǒng)得到最終的資源分配結果。
本發(fā)明能夠對功率及子載波資源進行有效分配，可以靈活地選擇中繼轉發(fā)策略及雙工方式，適用于包含延時敏感用戶的系統(tǒng)，并且能夠降低基站運算量。


圖1為本發(fā)明所適用的MM0-0FDMA無線中繼系統(tǒng)的示意圖。
圖2為本發(fā)明方法的實施流程圖。
具體實施方式
本發(fā)明提出的MM0-0FDMA無線中繼系統(tǒng)的分布式資源分配方法,結合附圖詳細說明如下。
本發(fā)明所適用的MM0-0FDMA無線中繼系統(tǒng)如圖1所示，該系統(tǒng)具備一個基站，在該基站的小區(qū)邊緣均勻部署M個中繼，分別負責各自扇區(qū)內的若干用戶終端。所有K個用戶均以OFDMA的多址方式接入系統(tǒng)，均需通過中繼輔助才能夠進行通信，其中部分用戶為延時敏感用戶(k e Dm)，其余為非延時敏感用戶(if EUw & k紙)(Dm表示延時敏感用戶集，仏表示全體用戶集)。系統(tǒng)內包含~個子載波，各實體均采用N根天線進行信號的收發(fā)。
本發(fā)明根據(jù)信道狀態(tài)信息來動態(tài)地選擇以下中繼轉發(fā)策略及雙工方式:譯碼轉發(fā)全雙工中繼(DF-FD，t=l)、譯碼轉發(fā)半雙工中繼(DF-HD，t=2)、放大轉發(fā)全雙工中繼(AF-FD，t=3)、放大轉發(fā)半雙工中繼(AF-HD，t=4)。
該方法包括以下步驟:
(l)MIMO-OFDMA無線中繼系統(tǒng)對各項參數(shù)進行初始化:基站初始化第i個子載波、功率及第k個延時敏感用戶速率的拉格朗日乘子Pi (i=l，2，...，％)、λ、5k(k e Dm),系統(tǒng)最大功率Ρτ，以及次梯度算法的迭代步長li(i=l，2，3);用戶初始化各自的權重cok(k e UJ、延時敏感用戶初始化各自的最小速率R(k) (k e Dm)。
(2)中繼節(jié)點根據(jù)信道狀態(tài)信息與基站設置的拉格朗日乘子依次計算其負責范圍內用戶終端的以下各量值。
首先計算功率分配值
權利要求
1.一種基于MMO多天線與OFDMA多址MM0-0FDMA無線中繼系統(tǒng)的分布式資源分配方法，該方法包括步驟: (1)初始化MIM0-0FDMA無線中繼系統(tǒng)參數(shù),所述參數(shù)包括基站初始化子載波拉格朗日乘子、功率拉格朗日乘子及延時敏感用戶速率拉格朗日乘子，系統(tǒng)最大總功率和次梯度算法的迭代步長，初始化各用戶的各自權重及延時敏感用戶的最小速率； (2)各中繼節(jié)點根據(jù)信道狀態(tài)信息與基站設置的拉格朗日乘子依次計算各中繼節(jié)點負責范圍內用戶終端的以下各量值:功率分配值、等效信噪比、系統(tǒng)信道容量、邊際效益、子載波分配值、等效系統(tǒng)功率分配值和延時敏感用戶的吞吐量，并將子載波分配值、等效系統(tǒng)功率分配值以及延時 敏感用戶吞吐量發(fā)送至基站； (3)基站基于步驟(2)中計算得到的子載波分配值、等效系統(tǒng)功率分配值以及延時敏感用戶吞吐量，采用次梯度算法分別計算子載波拉格朗日乘子、功率拉格朗日乘子及延時敏感用戶速率的拉格朗日乘子，并將計算后得到的新的拉格朗日乘子結果反饋至各中繼節(jié)占.(4)所述各中繼節(jié)點判斷所述子載波分配值及所述等效系統(tǒng)功率分配值是否達到收斂，若未達到收斂，則系統(tǒng)重復步驟(2)與(3)，即中繼節(jié)點根據(jù)新的拉格朗日乘子重新計算步驟(2)所述各參數(shù)，并將新的計算結果發(fā)送至基站，基站則根據(jù)中繼節(jié)點的計算結果重新計算步驟(3)所述拉格朗日乘子；若達到收斂，則系統(tǒng)得到最終的資源分配結果。
2.如權利要求1所述的MIM0-0FDMA無線中繼系統(tǒng)的分布式資源分配方法，其特征在于，步驟(I)中考慮用戶權重的差異化，即不同用戶具備不等的優(yōu)先級。
3.如權利要求1所述的MIM0-0FDMA無線中繼系統(tǒng)的分布式資源分配方法，其特征在于，步驟(2)中的中繼節(jié)點可以根據(jù)信道狀態(tài)信息動態(tài)地選擇全雙工FD或半雙工HD方式，以及放大轉發(fā)AF或譯碼轉發(fā)策略。
4.如權利要求1所述的MIM0-0FDMA無線中繼系統(tǒng)的分布式資源分配方法，其特征在于，該方法采用中繼輔助的分布式資源分配方法。
全文摘要
一種MIMO-OFDMA無線中繼系統(tǒng)的分布式資源分配方法，該方法包括步驟(1)MIMO-OFDMA無線中繼系統(tǒng)參數(shù)初始化；(2)中繼節(jié)點根據(jù)信道狀態(tài)信息與基站設置的拉格朗日乘子依次計算其負責范圍內用戶終端的各量值，并將子載波分配值、等效系統(tǒng)功率分配值以及延時敏感用戶吞吐量的計算結果發(fā)送至基站；(3)基站將新的拉格朗日乘子結果反饋至中繼節(jié)點；(4)中繼節(jié)點判斷子載波及功率分配值是否達到收斂，得到最終的資源分配結果。本發(fā)明方法基于多用戶、多載波系統(tǒng)的對偶優(yōu)化理論，結合多用戶權重，并采用速率自適應的分布式算法，可以對功率及子載波資源進行合理的分配，并可以有效減輕基站的運算量。
文檔編號H04L5/00GK103220116SQ20131018239
公開日2013年7月24日 申請日期2013年5月16日 優(yōu)先權日2013年5月16日
發(fā)明者劉暢, 王江舟, 王向陽 申請人:東南大學