一種ofdm中繼系統(tǒng)的資源分配策略的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明旨在給出一種能提高系統(tǒng)容量的OFDM中繼系統(tǒng)的動態(tài)資源分配策略。動態(tài)資源分配算法研究基于分集模式下OFDM兩跳再生中繼系統(tǒng)的模型，提出最優(yōu)子載波匹配算法和最優(yōu)功率分配算法。在最優(yōu)子載波匹配算法中，按照信道增益大小對多跳鏈路中的所有子載波進(jìn)行排序并匹配，最大化系統(tǒng)等效總信噪比；在最優(yōu)功率分配算法中，通過注水功率分配算法分配每個子載波對的傳輸功率，以子載波對中各跳鏈路信道容量相等為準(zhǔn)則，調(diào)整每跳鏈路信號傳輸功率，從而使系統(tǒng)容量最大化。
【專利說明】—種OFDM中繼系統(tǒng)的資源分配策略
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及分集模式下的OFDM兩跳再生中繼系統(tǒng)的資源分配策略。
【背景技術(shù)】
[0002]正交頻分復(fù)用(OrthogonalFrequency Division Multiplexing,0FDM)技術(shù)雖提高了頻譜使用率，但傳統(tǒng)的基站到用戶之間的單跳系統(tǒng)仍難以滿足用戶吞吐量的需求，特別是邊緣小區(qū)用戶的需求。而中繼技術(shù)的應(yīng)用可以改善系統(tǒng)容量和基站覆蓋面積等性能。目前OFDM中繼(OFDM-Relay)系統(tǒng)根據(jù)用戶端是否有接收發(fā)射端直接傳輸信號分為分集模式和不分集模式；分集模式下，當(dāng)中繼鏈路信道狀態(tài)較差時，用戶直接接收基站傳輸信號使OFDM-Relay系統(tǒng)性能更優(yōu)，但與不分集模式相比，其資源分配算法更加復(fù)雜。
[0003]本
【發(fā)明內(nèi)容】
是OFDM中繼系統(tǒng)的資源分配策略，采用分集模式下OFDM-Relay兩跳再生系統(tǒng)模型，其模型如圖1所示。
[0004]最早關(guān)于OFDM-Relay系統(tǒng)功率分配的研究是在源節(jié)點和中繼節(jié)點都采用平均功率分配算法，因子載波之間的信道狀態(tài)及用戶需求不同，這種分配方法不是最優(yōu)的。對于多跳中繼系統(tǒng)，傳統(tǒng)的子載波匹配一般采用固定子載波匹配方案，根據(jù)香農(nóng)公式可知，在相同功率條件下信道增益好的子載波能獲得更大的信道容量，因為最終系統(tǒng)容量取決于兩跳中信道容量的較小值，當(dāng)兩跳鏈路信道增益相差較大時，信號傳輸完畢后整個系統(tǒng)的信道容量也就變差，所以固定的子載波分配方案并不是最優(yōu)的子載波分配方案。然而，現(xiàn)有的分集OFDM中繼系統(tǒng)的子載波分配方案也采用不分集模式下的子載波分配方案，即將源節(jié)點-中繼節(jié)點，源節(jié)點-目的節(jié)點，中繼節(jié)點-目的節(jié)點鏈路的子載波分別按照其信道增益從大到小排列，然后分別進(jìn)行匹配。
[0005]已有的子載波匹配方案未考慮分集模式下源節(jié)點、中繼節(jié)點、目的節(jié)點之間的多條傳輸路徑子載波之間的匹配，并非最優(yōu)匹配方案。本發(fā)明提出了分集模式下OFDM-Relay兩跳系統(tǒng)的最優(yōu)子載波匹配方法和功率分配算法。

【發(fā)明內(nèi)容】

_6] 發(fā)明目的
[0007]本發(fā)明旨在給出一種能提升系統(tǒng)容量的分集模式下OFDM-Relay兩跳再生系統(tǒng)的動態(tài)資源分配策略。
[0008]該資源分配策略分為最優(yōu)子載波匹配算法和最優(yōu)功率分配算法。為解決固定子載波匹配算法中出現(xiàn)的子載波對各跳鏈路間信道增益差異太大的問題，本發(fā)明提出最優(yōu)子載波匹配算法，即對于S-R鏈路和R-D鏈路中的所有子載波按照信道增益從大到小的順序進(jìn)行排序，對于S-D鏈路的所有子載波按照信道增益從小到大的順序進(jìn)行排序，將排序后三跳鏈路中的第一子載波進(jìn)行匹配，將排序后三跳鏈路中的第二子載波進(jìn)行匹配，以此類推，直至所有子載波匹配完畢。在系統(tǒng)總功率受限情況下，根據(jù)基站獲取的信道瞬時狀態(tài)信息，通過注水功率分配算法分配每個子載波對的傳輸功率，以子載波對中每跳鏈路信道容量相等為準(zhǔn)則，調(diào)整子載波對中每跳鏈路信號傳輸功率，從而使系統(tǒng)容量最大化。仿真實驗結(jié)果表明，相比于聯(lián)合固定子載波匹配與最優(yōu)功率分配優(yōu)化算法(記為:FSP+BPA)、聯(lián)合最優(yōu)子載波匹配與平均功率分配優(yōu)化算法(記為:BSP+EPA)和聯(lián)合固定子載波匹配與平均功率分配優(yōu)化算法(記為:FSP+EPA)，本發(fā)明中提出的聯(lián)合最優(yōu)子載波匹配和最優(yōu)功率分配算法(記為:BSP+BPA)具有最大的系統(tǒng)容量，實驗結(jié)果見圖2。
[0009]技術(shù)方案
[0010]發(fā)明中提出的OFDM中繼系統(tǒng)資源分配策略按照以下兩個階段實現(xiàn):
[0011]最優(yōu)子載波匹配階段，本階段包括下述步驟10、步驟20:
[0012]——步驟10:獲取系統(tǒng)模型三跳鏈路中所有子載波的用戶瞬時狀態(tài)信息。通過反饋信道，基站為子載波匹配和功率分配獲取所有子載波的信道增益參數(shù)。其中=^k =
hlk IV σ lk2，a2,k = I h2k 12/ σ 2k2，a0,k = | hok |2/ σ 0k2 分別表示 S 與 R 之間，R 與 D 之間，S 與 D之間第k個子載波的信道增益，其中Vt, hlk和h2k表示S與D，S與R，R與D之間的第k個子載波的信道功率增益，CTjk> 02k> 別表示S與R之間，R與D之間，S與D之間第k個子載波信道中的加性高斯白噪聲(AWGN)噪聲功率。
[0013]—步驟20:子載波匹配。將alk和a2k按照從大到小順序排列，將&(ι1?按照從小到大順序排列，然后重新匹配子載波(一一對應(yīng))。
[0014]最優(yōu)功率分配階段，其按照下述步驟10、步驟20進(jìn)行:
[0015]——步驟10:確定子載波對的傳輸功率Pk。只有當(dāng)S-R鏈路和R-D鏈路的信道增益都比直接傳輸?shù)腟-D鏈路的信道增益要好時，中繼才會發(fā)揮作用，即alk ^ aok, a2k ^ aok ；且當(dāng)滿足Plkalk = Plka0k+P2ka2k時(Plk和P2k分別指S端和R端分配給第k個子載波的功率，Pk = Plk+P2k)，第k個子載波對所獲得的信道容量最大。當(dāng)信道不滿足alk≥aok, a2k≥aok時，中繼不發(fā)生作用，此時Plk = Pk, P2k = O。在滿足下列限制條件下，通過注水功率迭代算法可求出中繼能否發(fā)生作用兩種情況下的子載波對傳輸功率Pk:
【權(quán)利要求】
1.0FDM中繼系統(tǒng)資源分配策略的子載波匹配，其包括: 獲取所有子載波瞬時狀態(tài)信息之后，對于S-R鏈路和R-D鏈路，其對應(yīng)的信道增益alk和a2k按照從大到小順序排列，而S-D鏈路的信道增益將Btlk按照從小到大順序排列，然后再重新匹配子載波(一一對應(yīng))，即將排序后三跳鏈路中的第一子載波進(jìn)行匹配，將排序后三跳鏈路中的第二子載波進(jìn)行匹配，以此類推，直至所有子載波匹配完畢，從而最大化系統(tǒng)等效總信噪比。`2.0FDM中繼系統(tǒng)資源分配策略的功率分配，其包括: ——確定子載波對的傳輸功率Pk。只有當(dāng)S-R鏈路和R-D鏈路的信道增益都比直接傳輸?shù)腟-D鏈路的信道增益要好時，中繼才會發(fā)揮作用，即alk ^ aok, a2k ^ aok ;此時最大信道容量可以表示為:

【文檔編號】H04L5/00GK103944700SQ201410028545
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年1月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月16日
【發(fā)明者】羅偉超, 周楷雄, 張琳, 張赟 申請人:中山大學(xué), 廈門中嘉信息科技有限公司