專利名稱：采用ofdma技術(shù)的系統(tǒng)的下行多用戶資源分配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信系統(tǒng)的用戶資源分配方法，尤其是指一種采用OFDMA技術(shù)的系統(tǒng)的Qos進(jìn)行下行多用戶資源分配的方法。
背景技術(shù)：
隨著通信技術(shù)的迅速發(fā)展，正交頻分復(fù)用(OFDM)已經(jīng)成為未來的移動(dòng)寬帶無線網(wǎng)絡(luò)的選擇方案，而基于OFDM技術(shù)的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也層出不窮。正交頻分復(fù)用(OFDM)，多徑衰落可以通過使用循環(huán)前綴有效的被克服，這樣頻率選擇性信道可以轉(zhuǎn)變?yōu)轭l域的多個(gè)平坦衰落信道。通過允許不同的用戶在不同的子載波上傳輸，例如正交頻分多址接入(OFDMA)技術(shù)，更靈活的資源調(diào)度方法能夠被應(yīng)用。目前，OFDMA技術(shù)已經(jīng)被廣泛地研究，作為包括IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)中的WMAN的多址接入選項(xiàng)。如果發(fā)射機(jī)有可用信道信息，OFDMA系統(tǒng)的性能可以通過更有效地開采頻域中的多用戶分集進(jìn)一步得到提升。以目前較為常用的基于OFDMA技術(shù)的WRAN系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)的下行鏈路的多用戶資源分配的時(shí)候，其采用的分配算法是用于執(zhí)行IEEE 802.22需求文檔定義的需求，例如對(duì)許可或免許可用戶的干擾避免、工作頻譜范圍等。該算法也可以用于需要避免干擾特定用戶群的一般WRAN系統(tǒng)。
WRAN系統(tǒng)的目標(biāo)就是利用人口稀少地區(qū)很多許可信道經(jīng)常不使用的優(yōu)勢(shì)為農(nóng)村和郊區(qū)提供寬帶接入。在IEEE 802.22 WRAN系統(tǒng)中，可利用的頻譜包括覆蓋VHF/UHF電視頻段的47MHz-910MHz的范圍。工作頻譜大致可以分為五個(gè)頻段，每個(gè)頻段少于32個(gè)電視信道，每個(gè)電視信道為6，7或者8MHz。根據(jù)系統(tǒng)的功能需求，在基站和用戶終端使用一套公共天線和RF前端不可能覆蓋所有的頻段，但是可以覆蓋其中一個(gè)頻段。雖然基站可以承擔(dān)更高的復(fù)雜性和成本，實(shí)際上每個(gè)CPE很可能僅有一個(gè)子帶，這里的子帶指在一個(gè)電視信道內(nèi)CPE在任何一個(gè)瞬時(shí)可以訪問的OFDM符號(hào)。頻段、子帶、子信道和子載波如圖1所示。
在WRAN系統(tǒng)中，應(yīng)該盡可能避免WRAN系統(tǒng)對(duì)任何已有用戶產(chǎn)生的干擾。所以在WRAN系統(tǒng)中，采用RF感應(yīng)和數(shù)據(jù)分析模塊必須對(duì)任何正在工作的已有發(fā)射機(jī)作出認(rèn)知，并提供給該系統(tǒng)，以便系統(tǒng)以動(dòng)態(tài)頻率選擇(DFS)的方式進(jìn)行資源分配。DFS過程由用戶選擇、信道分配、速率匹配以及傳輸功率控制組成。該WRAN系統(tǒng)在不對(duì)許可用戶的業(yè)務(wù)質(zhì)量產(chǎn)生沖擊的情形下提供QoS保障業(yè)務(wù)，其中基站和CPE必須建立主從關(guān)系，這樣基站可以對(duì)CPE在功率等級(jí)、帶寬使用和其他的傳輸參數(shù)如調(diào)制、編碼和加密等方面進(jìn)行管理。
在現(xiàn)有的802.22 WRAN系統(tǒng)中，需要考慮對(duì)已有用戶盡量避免干擾，保護(hù)已有用戶的正常工作，現(xiàn)有技術(shù)是采用基于認(rèn)知無線電的方法來首先感知任何正在工作用戶的信道和進(jìn)行必要的信道切換，這種方法的詳細(xì)執(zhí)行過程可參看文獻(xiàn)C.R.Stevenson，C.Cordeiro，E.Sofer，and G.Chouinard，“FunctionalRequirements for the 802.22 WRAN Standard，”IEEE 802.22-05/0007r46，Sept.2005.。
基于OFDMA網(wǎng)絡(luò)中已有一些關(guān)于子載波/子信道分配問題的工作。在現(xiàn)有技術(shù)中，可以給定每個(gè)用戶的速率限制，可以采用最小化總發(fā)射功率的一種子載波、比特和功率分配算法實(shí)現(xiàn)，將的整數(shù)規(guī)劃問題通過引進(jìn)時(shí)間共享因子概念被轉(zhuǎn)變?yōu)橥姑鎯?yōu)化問題。優(yōu)化解通過采用Lagrangian方法和一個(gè)搜索算法獲得。在發(fā)射端利用信道信息被證明可以獲得巨大的性能增益。其中所考慮的問題對(duì)于固定速率的業(yè)務(wù)尤其有用。
對(duì)于該問題，也可以采用低復(fù)雜性的自適應(yīng)子載波分配過程。該方法可以包含每一個(gè)用戶僅在被選擇的子載波上的反饋信道和干擾信息，最后基站根據(jù)小區(qū)內(nèi)業(yè)務(wù)流和其他小區(qū)的負(fù)荷做選擇。另外還有采用兩個(gè)次優(yōu)自適應(yīng)子載波分配方案被用于固定速率和變速率用戶系統(tǒng)。在第一種方法中，可以同時(shí)對(duì)兩種類型用戶進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)制。在第二種方法中，采用迭代過程用于依次為每種類型用戶的分配子載波和比特和調(diào)整他們分配的子載波數(shù)目。
上述兩種工作系統(tǒng)的應(yīng)用重點(diǎn)都在單小區(qū)單頻帶(單OFDM符號(hào))無線系統(tǒng)中。在US6718552 B1中提出，一個(gè)混合光纖同軸系統(tǒng)被用于覆蓋作為CATV系統(tǒng)的～55MHz to～1000MHz的更寬頻譜，類似于IEEE 802.22 WRAN系統(tǒng)頻譜范圍，將動(dòng)態(tài)子信道分配用于提高信道帶寬使用的效率。
基于OFDM的多小區(qū)同頻干擾被考慮。一個(gè)小區(qū)的一個(gè)子信道的分配功率越高，對(duì)其他小區(qū)相同信道的干擾就越嚴(yán)重。為了最大化系統(tǒng)的頻譜效率，子信道的功率級(jí)別以分布式方式控制。
在上述方案中，幾乎沒有考慮對(duì)于同一小區(qū)中不同系統(tǒng)占用同一頻帶的用戶干擾。在WRAN系統(tǒng)中，例如IEEE 802.22系統(tǒng)，工作在同一頻帶的已有用戶需要被保護(hù)。已有系統(tǒng)和WRAN系統(tǒng)之間的協(xié)同干擾控制測(cè)量是不可能的，由于已有系統(tǒng)是基于不同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并且既不提供這樣的功能而設(shè)計(jì)，也不能假定調(diào)整他們的發(fā)射功率來和WRAN系統(tǒng)用戶共存。
由于802.22 WRAN系統(tǒng)特定系統(tǒng)參數(shù)區(qū)別于一般普通移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)，傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的OFDMA資源分配算法并不能直接利用，在WRAN系統(tǒng)中，由于多徑衰落造成信道幅度隨著時(shí)間波動(dòng)，除了要考慮衰減外，信道增益信息的獲得對(duì)于優(yōu)化系統(tǒng)的容量也是至關(guān)重要的。
綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)的方案存在以下的缺陷1、存在對(duì)WRAN系統(tǒng)中的已有用戶以及有效子帶內(nèi)子信道和功率的干擾，不容易為系統(tǒng)的多個(gè)用戶提供用戶分級(jí)；2、現(xiàn)有技術(shù)中不能保證信道量化的穩(wěn)定性，并且信道的量化比較復(fù)雜；3、現(xiàn)有技術(shù)中的多用戶資源分配過程繁瑣，只能在不對(duì)許可用戶的業(yè)務(wù)質(zhì)量產(chǎn)生沖擊的情形下提供Qos保障業(yè)務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種基于OFDMA技術(shù)的系統(tǒng)的下行多用戶資源分配算法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在對(duì)已有用戶產(chǎn)生干擾、信道量化復(fù)雜不穩(wěn)定以及分配過程繁瑣的問題。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種采用OFDMA技術(shù)系統(tǒng)的下行鏈路多用戶資源分配方法，包括以下步驟A、對(duì)采用OFDMA技術(shù)系統(tǒng)的小區(qū)頻譜占用狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，確定每個(gè)子帶的發(fā)射功率模板；B、根據(jù)檢測(cè)結(jié)果采用兩層結(jié)構(gòu)資源分配方法進(jìn)行系統(tǒng)下行鏈路的資源分配，具體包括以下步驟B1將每個(gè)用戶分配到發(fā)射功率模板分配其子帶；B2根據(jù)分配到的子帶的信道功率增益信息，在每個(gè)子帶內(nèi)進(jìn)行多用戶的子信道、功率和速率分配。
在步驟B1與步驟B2之間還包括根據(jù)子帶分配結(jié)果進(jìn)行信道功率信息反饋的步驟。
在基于OFDMA的WRAN系統(tǒng)中，在所述的步驟B1中，所述的小區(qū)被分為多個(gè)扇區(qū)，采用以下步驟進(jìn)行子帶的分配B11排除扇區(qū)內(nèi)發(fā)射功率模板小于門限值的子帶；B12根據(jù)公式Kb,c=Kc·fsubband(Pmm,b,c|Pmm,l,c,···,Pmm,Nb,c)·fsector(Pmm,b,c|Pmm,b,c,···,Pmm,b,L)Σb=1Nbfsubband(Pmm,b,c|Pmm,l,c,···,Pmm,Nb,c)·fsector(Pmm,b,c|Pmm,b,c,···,Pmm,b,L)]]>計(jì)算每個(gè)扇區(qū)的每個(gè)子帶分配的用戶的數(shù)量；其中Pmm，b，c＝所有子帶內(nèi)的子信道的最大可能傳送功率；Kc為扇區(qū)c內(nèi)總的用戶數(shù)，對(duì)于每個(gè)扇區(qū)c和子帶b，被分配的用戶數(shù)為Kb，c；Nb為有用子帶的數(shù)目，L為扇區(qū)數(shù)；
fsector(Pmm，b，c|Pmm，b，c，…，Pmm，b，L)表示扇區(qū)c內(nèi)子帶b內(nèi)的子信道容量；fsubband(Pmm，b，c|Pmm，l，c，…，Pmm，Nb，c)表示子帶子信道不同扇區(qū)的相對(duì)數(shù)目分配；B13、根據(jù)步驟B12的計(jì)算結(jié)果，將用戶分配到各子帶上。
采用一維的扇區(qū)內(nèi)跨子帶分配方法分配子帶時(shí)，步驟B12中，fsector(Pmm，b，c|Pmm，b，c，…，Pmm，b，L)＝1；fsubband(Pmm,b,c|Pmm,l,c,···,Pmm,Nb,c)=log(1+γbPmm,b,c),]]>γb為平均信道增益對(duì)背景噪音的比例。
采用二維的跨扇區(qū)和子帶分配方法分配子帶時(shí)步驟B12中，fsector(Pmm,b,c|Pmm,b,c,···,Pmm,b,L)=Pmm,b,c/Σc=1LPmm,b,c]]>fsubband(Pmm,b,c|Pmm,l,c,···,Pmm,Nb,c)=log(1+γbPmm,b,c),]]>γb為平均信道增益對(duì)背景噪音的比例。
所述步驟B13中，根據(jù)用戶等級(jí)進(jìn)行子帶選擇。
在所述的步驟B2中，采用以下公式進(jìn)行子信道、功率以及速率的分配當(dāng)Σi=1MΣk=1Kρk,iΣn(i)=1NiPk,n(i)≤PTotal]]>以及Σn(i)=1NiPk,n(i)=Pk,i;]]>峰值功率滿足0≤Pk,n(i)≤Pk,n(i)mask≤PTotal]]>i∈{1，2，…，M}，k∈{1，2，…，K}，n(i)∈{1，2，…，Ni}子信道的分配滿足公式Σk=1Kρk,i≤1]]>i∈{1，2，…，M}；進(jìn)行用戶加權(quán)容量的計(jì)算，采用公式 按照以下代價(jià)函數(shù)公式實(shí)現(xiàn)速率分配
fk,i(Pk,i)=Σn(i)=1Nifk,n(i)(Pk,n(i))]]>=Σn(i)=1Nilog2(1+β||hk,n(i)||2Pk,n(i)σn2)]]>其中，Pk，n(i)和Pk，n(i)mask分別是用戶k在子信道i的子載波n(i)上分配的發(fā)射功率和發(fā)射功率模板；ρk，i是一個(gè)共享因子，ρk，i＝1代表用戶k占用了子信道i，ρk，i＝0則是相反，Ni是子信道i的子載波數(shù)目；參數(shù)wk是預(yù)先確定的權(quán)值因子，wk=αk-lQoS_Class(k);]]>lQoS_Class(k)(lQos_Class(K)≤0)代表優(yōu)先級(jí)控制；αk(0≤αk≤1)代表速率控制；‖hk，n(i)‖2和Pk，n(i)mask分別為子信道i的子載波n(i)的信道功率增益和傳輸功率模板；參數(shù)β用來彌補(bǔ)理想功率需求(使用互信息計(jì)算得到)和實(shí)際中對(duì)于給定速率的調(diào)制方案所需要的傳輸功率之間的差距。
當(dāng)ρk，i∈
，算法在log域完成，當(dāng)Σk=1KΣi=1MΣn(i)=1Nick,n(i)≤PTotal]]>以及Σk=1Kρk,i≤1]]>i∈{1，2，…，M} ρk，i作為一個(gè)時(shí)間共享因子；ck，n(i)＝ρk，iPk，n(i)作為用戶k子信道i的子載波n上的時(shí)間平均功率。
進(jìn)行子信道、功率以及速率的分配的具體步驟為步驟1設(shè)定Ω.初始值Ω＝0；步驟2對(duì)給定Ω.值為每個(gè)子信道的選擇最優(yōu)CPE根據(jù)下面的條件為子信道i選擇CPEk(pk,j*=1):]]>
這里Gk,i(Ω)=wk(Σn(i)=1Nifk,n(i)(f′k,n(i)-1(Ω~wk))-Ω~wkΣn(i)=1Nif′k,n(i)-1(Ω~wk))]]> 定義為 步驟3對(duì)給定Ω.值為每個(gè)CPE計(jì)算最優(yōu)分配功率用戶k子信道i上的最優(yōu)平均功率ck.n(i)*=ρk.i*f′k,n(i)-1(Ω~wk)=ρk.i*(wkΩ~-σn2β||hk,n(i)||2)]]>步驟4精確調(diào)整Ω.
當(dāng)(|Σk=1KΣi=1MΣn(i)=1Nick,n(i)-PTotal|>ϵ),]]>對(duì)于預(yù)先確定的容忍度ε，如果(Σk=1KΣi=1MΣn(i)=1Nick,n(i)>PTotal),]]>Ωlower＝Ω；如果(Σk=1KΣi=1MΣn(i)=1Nick,n(i)<PTotal),]]>Ωupper＝Ω；Ω＝(Ωlower+Ωupper)/2；返回步驟2。
在步驟4的精細(xì)調(diào)整Ω.步驟之前還包括粗略調(diào)整步驟31如果Ω＝0，(Σk=1KΣi=1MΣn(i)=1Nick,n(i)>PTotal),]]>則選擇滿足Ω＞0一個(gè)較小的；返回步驟2；否則獲得最優(yōu)解；算法中止；
如果(Σk=1KΣi=1MΣn(i)=1Nick,n(i)>PTotal),]]>Ωlower＝Ω；Ω＝2Ω；返回步驟2；如果(Σk=1KΣi=1MΣn(i)=1Nick,n(i)<PTotal),]]>轉(zhuǎn)到步驟4；否則獲得最優(yōu)解；算法中止。
當(dāng)精調(diào)整已經(jīng)執(zhí)行了預(yù)設(shè)的最大次數(shù)時(shí)，依據(jù)兩個(gè)子信道功率的振蕩臨界狀態(tài)Pu=Σk=1KΣi=1Mck,i>PTotal]]>和Pl=Σk=1KΣi=1Mck,i<PTotal]]>計(jì)算一個(gè)共享比率(θu∶θl)θl=PTotal-PlPu-Pl]]>其中(θu＝1-θu).。
不能進(jìn)行時(shí)間共享時(shí)，進(jìn)行子信道、功率以及速率的分配的具體步驟為步驟1′選擇最接近總功率約束的那組子信道分配結(jié)果，；步驟2′基于步驟1′的分配結(jié)果執(zhí)行最優(yōu)功率分配，即上述步驟3至步驟4對(duì)總功率的調(diào)較；其中步驟2中的子信道分配則固定于這個(gè)最接近總功率約束的分配。
不能進(jìn)行時(shí)間共享時(shí)，進(jìn)行子信道、功率以及速率的分配的具體步驟為直接選擇總功率比總功率約束小的那組子信道、功率和速率分配結(jié)果分配。
本發(fā)明有益效果如下1、本發(fā)明關(guān)于WRAN系統(tǒng)下行鏈路的DFS模塊的多用戶資源分配方法，本發(fā)明采用了兩層結(jié)構(gòu)的資源分配方式，在考慮扇區(qū)的頻譜結(jié)構(gòu)(頻帶、子帶、子信道、子載波)和約束條件(CPE和基站的子帶接入限制)的情況下為不同的用戶分配頻率信道、功率和速率，在可以允許的復(fù)雜度下避免對(duì)已有用戶的干擾，為小區(qū)內(nèi)的用戶預(yù)分配子帶以及有效地在子帶內(nèi)分配子信道和功率；2、本發(fā)明采用的算法是能保證信道量化的穩(wěn)定性，信道的量化比較簡(jiǎn)單；3、本發(fā)明能在保證Qos業(yè)務(wù)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)多用戶資源分配過程。


圖1說明WRAN系統(tǒng)頻段，子帶，子信道和子載波的關(guān)系。
圖2本發(fā)明的多用戶子信道，功率和速率分配方法的雙層結(jié)構(gòu)圖。
圖3本發(fā)明中采用的扇區(qū)示意圖。
圖4子帶和子信道分配結(jié)果示意圖。
圖5本發(fā)明所述的方法中分配層1子帶分配例子中使用的功率模板。
圖6本發(fā)明三種分配方法的子信道數(shù)目分配結(jié)果和子信道平均容量表格。
圖7本發(fā)明三種分配方法的子帶分配的用戶數(shù)目分配結(jié)果和用戶平均傳送率。
圖8采用曲線說明本發(fā)明的分配方法的信道量化對(duì)速率和信道量化的影響。
圖9采用曲線說明信道量化對(duì)理想子信道和功率分配算法的速率和的百分比影響。
圖10所示為算法的復(fù)雜性，根據(jù)不同的FFT的算法收斂需要的迭代次數(shù)。
圖11采用3-bit信道反饋量化下出現(xiàn)子信道的共享百分比。
圖12所示為理想子信道和功率分配使用共享因子量化的子信道共享情形下速率和的損失百分比。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提出一種基于OFDMA技術(shù)的系統(tǒng)的下行鏈路多用戶資源分配方法，包括以下步驟A、對(duì)基于OFDMA技術(shù)的系統(tǒng)的小區(qū)內(nèi)頻譜占用狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，確定每個(gè)子帶的發(fā)射功率信息；B、根據(jù)檢測(cè)結(jié)果采用兩層資源分配方法進(jìn)行系統(tǒng)下行鏈路的資源分配。
在本實(shí)施例中，以IEEE 802.22 WRAN系統(tǒng)為例進(jìn)行說明，即在WRAN系統(tǒng)下行鏈路中使用本發(fā)明的多用戶資源分配算法，在本發(fā)明中可以對(duì)于已有用戶的干擾避免通過采用兩層子帶和子信道分配結(jié)構(gòu)以及尖峰功率的使用實(shí)現(xiàn)，具體原理和步驟如下所述。
在本發(fā)明中，考慮到已有用戶系統(tǒng)和WRAN系統(tǒng)無法協(xié)作，因此在進(jìn)行子帶分配之前通過在WRAN發(fā)射機(jī)中采用預(yù)防性測(cè)量的方式來避免對(duì)已有用戶造成干擾，其中所述的預(yù)防性測(cè)量是指出采用現(xiàn)有的檢測(cè)技術(shù)對(duì)小區(qū)中的頻譜進(jìn)行檢測(cè)，以確定可用信道。
另外在下行鏈路中，另一個(gè)問題就是有效的對(duì)小區(qū)覆蓋，WRAN系統(tǒng)對(duì)于已有用戶的位置非常敏感，如果WRAN系統(tǒng)的基站采用全向發(fā)射，同時(shí)在基站附近有一個(gè)許可用戶工作在相同的頻帶上，那么覆蓋范圍將會(huì)嚴(yán)重縮小，由于基站-許可用戶之間的信道在WRAN系統(tǒng)的基站是未知的，所以同樣的問題對(duì)于采用多個(gè)天線的非全向發(fā)射也一樣存在。而且工作在同一頻帶(例如TV節(jié)目用戶)的已有用戶數(shù)目也是未知的，并不在少數(shù)。因此在本發(fā)明中，扇區(qū)化天線被用于802.22 WRAN系統(tǒng)下行鏈路，使用這種方法，一個(gè)子帶有效小區(qū)覆蓋的減小將依賴于扇區(qū)而不是整個(gè)小區(qū)。
雖然一個(gè)基站可以接入小區(qū)內(nèi)所有子帶，但是在實(shí)際應(yīng)用中，由于實(shí)現(xiàn)和成本的限制，很有可能每一個(gè)CPE在任何時(shí)刻只接入一個(gè)子帶。因此，對(duì)于CPE來說不太可能同時(shí)進(jìn)行多個(gè)頻帶的信道，相反，每個(gè)CPE僅做一個(gè)頻段的信道估計(jì)。
在本發(fā)明的方法中，步驟B中的動(dòng)態(tài)多用戶資源分配方法采用兩層資源分配方法，參考圖2所示，具體包括以下步驟B1將每個(gè)用戶分配到發(fā)射功率大于設(shè)定門限值的子帶上；；B2獲知每個(gè)子帶的信道增益，在每個(gè)子帶內(nèi)進(jìn)行多用戶的子信道、功率和速率分配。
在本發(fā)明中，采用一個(gè)峰值功率約束，也就是將傳輸功率模板被強(qiáng)加在每個(gè)子帶，低于功率模板的發(fā)送不會(huì)對(duì)已有用戶產(chǎn)生干擾，或者更準(zhǔn)確地說對(duì)已有用戶的干擾被控制在容忍范圍。
在本發(fā)明中的設(shè)計(jì)了兩層資源分配算法。層1協(xié)議負(fù)責(zé)分配不同的子帶給用戶，在提出的層1算法中，不同扇區(qū)內(nèi)的每個(gè)子帶的發(fā)射功率模板可以被利用來幫助確定分配給每個(gè)扇區(qū)內(nèi)子帶的用戶數(shù)目，扇區(qū)的示意圖可見圖3的內(nèi)容。子帶的擁塞現(xiàn)象因此能夠被減輕，其具體算法和效果詳見以下內(nèi)容分配層1子帶分配在層1算法中，系統(tǒng)有足夠多的用戶以至多用戶分集的增益能夠被有效的利用，也就是說被采用的子信道均是好的，CPE被預(yù)分配一個(gè)子帶，和其他的CPE對(duì)于資源的進(jìn)一步競(jìng)爭(zhēng)將會(huì)在層2的資源分配過程中進(jìn)行。由已有用戶的操作決定的傳輸功率模板值，該傳輸功率模板值被假設(shè)比信道變化更慢。這個(gè)信息通過RF感應(yīng)和數(shù)據(jù)分析單元獲得，WRAN基站應(yīng)該在每個(gè)調(diào)度周期(資源分配周期)開始時(shí)準(zhǔn)備好?；诎l(fā)射功率模板信息，每個(gè)扇區(qū)的用戶將被分配不同的子帶，不同扇區(qū)的CPE可以分配到相同子帶但是不同的子信道。具體的例子如圖4所示，具體分配步驟過程如下步驟B11對(duì)于每一個(gè)扇區(qū)，排除那些無益的子帶，這些無益子帶定義為發(fā)射功率模板小于門限的子帶。
步驟B12根據(jù)以下公式(1a)Kb,c=Kc·fsubband(Pmm,b,c|Pmm,l,c,···,Pmm,Nb,c)·fsector(Pmm,b,c|Pmm,b,c,···,Pmm,b,L)Σb=1Nbfsubband(Pmm,b,c|Pmm,l,c,···,Pmm,Nb,c)·fsector(Pmm,b,c|Pmm,b,c,···,Pmm,b,L)---(1a)]]>計(jì)算每個(gè)扇區(qū)的子帶分配的用戶的數(shù)量；其中Pmm，b，c表示該子帶內(nèi)子信道的最大可能傳送功率；Kc為扇區(qū)c內(nèi)總的用戶數(shù)，對(duì)于每個(gè)扇區(qū)c和子帶b，被分配的用戶數(shù)Kb，c，；Nb為有用子帶的數(shù)目；L為扇區(qū)數(shù)；在此公式中，fsector(Pmm，b，c|Pmm，b，c，…，Pmm，b，L)和fsubband(Pmm，b，c|Pmm，l，c，…，Pmm，Nb，c)應(yīng)該為Pmm，b，c的非減函數(shù)，fsector(Pmm，b，c|Pmm，b，c，…，Pmm，b，L)表示扇區(qū)c內(nèi)子帶b內(nèi)的子信道容量；fsubband(Pmm，b，c|Pmm，l，c，…，Pmm，N，b，c)表示子帶子信道不同于扇區(qū)的相對(duì)數(shù)目分配。
在本發(fā)明中，再以最大化最小的用戶平均傳送率作為目標(biāo)時(shí)，采用一維的扇區(qū)內(nèi)跨子帶分配法進(jìn)行子帶分配時(shí)，將上述公式(1a)中的函數(shù)fsector(Pmm，b，c|Pmm，b，c，…，Pmm，b，L)設(shè)定為fsector(Pmm，b，c|Pmm，b，c，…，Pmm，b，L)＝1fsubband(Pmm,b,c|Pmm,1,c,···,Pmm,Nb,c)=log(1+γbPmm,b,c).---(1b)]]>其中γb為平均信道增益對(duì)背景噪音的比例(average channel gain to noiseratio)。
該一維的扇區(qū)內(nèi)跨子帶分配法代表用戶的分配只取決于同一扇區(qū)內(nèi)而非他區(qū)的功率模板，同時(shí)也隱含著所有子帶給分配到的子信道數(shù)目是一樣的。
在分配層1中也可以采用二維的跨扇區(qū)和子帶分配法進(jìn)行子帶分配，采用該方法分配時(shí)，上述公式(1a)中的函數(shù)fsubband(Pmm,b,c|Pmm,1,c,···,Pmm,Nb,c)=log(1+γbPmm,b,c)---(1b)]]>其中γb為平均信道增益對(duì)背景噪音的比例；fsector(Pmm,b,c|Pmm,b,c,···,Pmm,b,L)=Pmm,b,c/Σc=1LPmm,b,c---(1c)]]>該二維算法與上述一維不同的是這次扇區(qū)外的功率模板也同時(shí)用上了，fsector(Pmm，b，c|Pmm，b，c，…，Pmm，b，L)的選取表達(dá)出一個(gè)合理的假設(shè)，就是功率模板較大的扇區(qū)在特定子帶里給分配到的子信道數(shù)目將較其余功率模板較小的扇區(qū)為多。
在層1的計(jì)算中，以以下設(shè)定為例子結(jié)合附圖進(jìn)行說明(a)系統(tǒng)有足夠多的用戶以至多用戶分集的增益能夠被有效的利用，也就是說被采用的子信道均是好的；(b)子信道數(shù)目將按照equ.(1c)分配.
(c)系統(tǒng)有三個(gè)扇區(qū)和兩個(gè)子帶，每個(gè)子帶有四十個(gè)子信道。每個(gè)扇區(qū)則有六十個(gè)用戶。
(d)將equ.(1b)中的γb設(shè)定為1。
圖7顯示三種分配層1中的子帶分配法的用戶數(shù)目分配結(jié)果和用戶平均傳送率。根據(jù)圖7所示，其中平均用戶分配法、一維的扇區(qū)內(nèi)跨子帶分配法及二維的跨扇區(qū)和子帶分配法所得出的最小用戶平均傳送率分別為0，1.1714及1.4287。與平均用戶分配法相比較，一維的扇區(qū)內(nèi)跨子帶分配法把扇區(qū)3內(nèi)的所有用戶都分配到子帶1上，避免了子帶2的零功率模板對(duì)平均用戶分配法所構(gòu)成的零用戶平均傳送率這影響。
至于二維的跨扇區(qū)和子帶分配法比起一維的好處則實(shí)踐于扇區(qū)1的用戶分配。二維的分配法把扇區(qū)1內(nèi)較多的用戶分配給子帶2，從而提升了扇區(qū)1的最小用戶平均傳送率。除了能夠避免零功率模板所造成的零傳送率這種不利的影響外，二維的分配法還同時(shí)考慮了扇區(qū)2及3在子帶1上擁有較大功率模板、以及扇區(qū)1在子帶2的相對(duì)大功率模板這兩項(xiàng)特性，就是大部份子帶1的子信道會(huì)因而給分配到扇區(qū)2及3以及大部份子帶2的子信道會(huì)被分配到扇區(qū)1。
總的來說，分配層1有效地利用了功率模板作子帶用戶數(shù)目分配，避免不平衡的子帶負(fù)載。而子帶里的優(yōu)化則由接下來的分配層2運(yùn)算法處理。
在本發(fā)明中，對(duì)每個(gè)扇區(qū)的子帶分配的用戶的數(shù)量計(jì)算后還包括步驟B13在扇區(qū)c為子帶b隨機(jī)選擇Kb，c個(gè)用戶，該步驟是廠商具體實(shí)現(xiàn)方法，如可以基于用戶等級(jí)分配這樣高級(jí)別的用戶可以分配到較大的功率模板的子帶，或者依據(jù)其他的用戶參數(shù)進(jìn)行分配。
在圖5至圖7的例子說明了STEP 2中的利用一維(扇區(qū)內(nèi))和二維(跨扇區(qū)和子帶)功率模板代替用戶平均分配的影響以及，每個(gè)扇區(qū)的用戶在不同子帶的分配比率的效果。當(dāng)中采用了兩種不同的用戶分配方法作為與平均分配法的比較。兩種方法均參考了功率模板，分別為一維的扇區(qū)內(nèi)跨子帶分配法和二維的跨扇區(qū)和子帶分配法，前者只利用扇區(qū)內(nèi)的功率模板而后者則是扇區(qū)內(nèi)外的也用上。
分配層2子帶內(nèi)子信道、功率和速率分配本發(fā)明的分配層2協(xié)議負(fù)責(zé)分配子信道和功率給不同的用戶，目標(biāo)是最大化子帶容量。在采用的層2算法中，引進(jìn)了一個(gè)靈活的結(jié)構(gòu)用于允許優(yōu)先級(jí)傳輸和用戶公平性控制同時(shí)最大化子帶的吞吐量。該最大化子帶吞吐量可以通過加權(quán)吞吐量獲得，這里權(quán)值能夠被用來支持前面提到的功能。關(guān)于目標(biāo)誤碼率的QoS能夠被保證，將會(huì)在下面描述的詳細(xì)算法中說明，該算法對(duì)于信道量化具有強(qiáng)穩(wěn)定性。
層2資源分配算法每個(gè)CPE分配子帶的信道功率增益信息的影響。信道增益可以通過反饋或者利用TDD系統(tǒng)的信道上下行信道的對(duì)稱獲得。由于802.22是一個(gè)固定寬帶無線系統(tǒng)，多普勒頻擴(kuò)展很小，相干時(shí)間足夠大可以支持每次調(diào)度任務(wù)的信道功率增益信息的準(zhǔn)確可用性。
假設(shè)子帶內(nèi)的子載波有不同的信道增益。簡(jiǎn)單起見，層1中所用的公式中的符號(hào)Kb中的符號(hào)b被忽略。這個(gè)問題可以表示為maxρk,i∈{0,1},Pk,i≥0Σk=1KwkΣi=1Mρk,ifk,i(Pk,i)---(2a)]]>約束條件為(總功率約束)Σi=1MΣk=1Kρk,iΣn(i)=1NiPk,n(i)≤PTotal---(2b)]]>以及Σn(i)=1NiPk,n(i)=Pk,i,---(2c)]]>(每個(gè)子信道最多一個(gè)用戶)Σk=1Kρk,i≤1]]>i∈{1，2，…，M}(2d)(峰值功率限制)0≤Pk,n(i)≤Pk,n(i)mask≤PTotal]]>i∈{1，2，…，M}，k∈{1，2，…，K}，n(i)∈{1，2，…，Ni}(2e)
其中Pk，n(i)和Pk，n(i)mask分別是用戶k在子信道i的子載波n(i)上分配的發(fā)射功率和發(fā)射功率模板。Ni是子信道i的子載波數(shù)目。發(fā)射功率模板通過RF感應(yīng)和數(shù)據(jù)分析模塊獲得，對(duì)于相同扇區(qū)一個(gè)子載波對(duì)所有用戶是一樣的。參數(shù)wk是預(yù)先確定的權(quán)值因子，表征了用戶等級(jí)、業(yè)務(wù)等級(jí)、延時(shí)限制以及用戶優(yōu)先級(jí)隊(duì)列情況混合結(jié)果。wk的一個(gè)例子為wk=αk-lQoS_Class(k)---(2f)]]>這里lQoS_Class(k)(lQoS_Class(k)≤0)代表優(yōu)先級(jí)控制和αk(0≤αk≤1)代表速率控制。代價(jià)函數(shù)fk，i(Pk，i)定義為fk,i(Pk,i)=Σn(i)=1Nifk,n(i)(Pk,n(i))]]>=Σn(i)=1Nilog2(1+β||hk,n(i)||2Pk,n(i)σn2)---(2g)]]>其中‖hk，n(i)‖2和Pk，n(i)mask分別為子信道i的子載波n(i)的信道功率增益和傳輸功率模板。參數(shù)β用來彌補(bǔ)理想功率需求(使用互信息計(jì)算得到)和實(shí)際中對(duì)于給定速率的調(diào)制方案所需要的傳輸功率之間的差距，例如在現(xiàn)有技術(shù)中該β=1.5-ln(5BER).]]>上面的方程也能夠用于一個(gè)子信道內(nèi)所有子載波平均信道增益，在這種情況下每個(gè)子載波的信道增益將會(huì)用子信道平均值。對(duì)于在相干帶寬內(nèi)的子載波，這種平均近似法可以作為一種降低復(fù)雜性的方法。如果在一個(gè)子信道內(nèi)的功率模板值是一樣的，那么整個(gè)計(jì)算量將會(huì)降低一個(gè)因子(一個(gè)子信道的子載波數(shù)量)。
在本發(fā)明中，可以放寬ρk，i∈{0，1}到ρk，i∈
，問題可以重新表示為凸面優(yōu)化和可用的有效算法。為簡(jiǎn)化起見而不失一般性，算法在log域完成(代替log2)。
問題可以重新表示為
max0≤ρk,i≤1,0≤ck,n(i)≤ρk,n(i)Pk,n(i)maskΣk=1KwkΣi=1Mρk,iΣn(i)=1Nifk,n(i)(ck,n(i)ρk,i)---(3a)]]>約束條件為Σk=1KΣi=1MΣn(i)=1Nick,n(i)≤PTotal---(3b)]]>Σk=1Kρk,i≤1]]>i∈{1，2，…，M}(3c)這里ρk，i作為一個(gè)時(shí)間共享因子。ck，n(i)＝ρk，iPk，n(i)作為用戶k子信道i的子載波n上的時(shí)間平均功率。
分配層2的具體算法如下步驟1算法初始化初始化Ω＝0。Ω是一個(gè)拉格朗日參數(shù)，必須為非負(fù)，其值越小，CPE獲得資源機(jī)會(huì)越大。
步驟2對(duì)給定Ω.值為每個(gè)子信道的選擇最優(yōu)CPE，如果對(duì)于子信道i，取Gk，i(Ω)最大的CPE k。
根據(jù)下面的條件(準(zhǔn)則)為子信道i選擇CPEk(ρk,j*=1):]]>ρk,i*=1ifCk,i(Ω)=maxk(Gk,i(Ω))=0otherwise∀i---(4a)]]>這里Gk,i(Ω)=wk(Σn(i)=1Nifk,n(i)(f′k,n(i)-1(Ω~wk))-Ω~wkΣn(i)=1Nif′k.n(i)-1(Ω~wk))---(4b)]]> 定義為Ω~=wkf′k,n(i)(Pk,n(i)mask)iff′k,n(i)-1(Ωwk)>Pk,n(i)maskΩif0≤f′k,n(i)-1(Ωwk)≤Pk,n(i)maskwkf′k,n(i)(0)iff′k,n(i)-1(Ωwk)<0---(4c)]]>步驟3對(duì)給定Ω.值為每個(gè)CPE計(jì)算最優(yōu)分配功率用戶k子信道i上的最優(yōu)平均功率ck.n(i)*=ρk.i*f′k,n(i)-1(Ω~wk)=ρk.i*(wkΩ~-σn2β||hk,n(i)||2)---(4d)]]>步驟4粗略調(diào)整Ω.的步驟如果Ω＝0，(Σk=1KΣi=1MΣn(i)=1Nick,n(i)>PTotal),]]>選擇滿足Ω＞0一個(gè)較小的，返回步驟2。
否則，獲得最優(yōu)解；算法中止。
如果(Σk=1KΣi=1MΣn(i)=1Nick,n(i)>PTotal),]]>Ωlower＝Ω；Ω＝2Ω；返回步驟2；如果(Σk=1KΣi=1MΣn(i)=1Nick,n(i)<PTotal),]]>轉(zhuǎn)到步驟5。
否則，獲得最優(yōu)解；算法中止。
步驟5精確調(diào)整Ω.
當(dāng)(|Σk=1KΣi=1MΣn(i)=1Nick,n(i)-PTotal|>ϵ),]]>對(duì)于預(yù)先確定的容忍度ε，如果(Σk=1KΣi=1MΣn(i)=1Nick,n(i)>PTotal),]]>Ωlower＝Ω；如果(Σk=1KΣi=1MΣn(i)=1Nick,n(i)<PTotal),]]>Ωupper＝Ω；Ω＝(Ωlower+Ωupper)/2；重復(fù)步驟2和3。
當(dāng)檢測(cè)到振蕩時(shí)，也就是精調(diào)整已經(jīng)執(zhí)行了預(yù)設(shè)的最大次數(shù)時(shí)，可以依據(jù)兩個(gè)振蕩臨界狀態(tài)Pu=Σk=1KΣi=1Mck,i>PTotal]]>和Pl=Σk=1KΣi=1Mck,i>PTotal]]>計(jì)算一個(gè)共享比率(θu∶θl)θu=PTotal-PlPu-Pl---(4e)]]>其中(θi＝1-θu).(4f)
因此平均的總功率的約束是可以滿足的。上面的算法會(huì)收斂到重新表述問題的最優(yōu)分配。
對(duì)分配層2的算法，例如，可假設(shè)每個(gè)子載波都是等同獨(dú)立分布的瑞利衰落信道。每個(gè)小區(qū)被分成3個(gè)扇區(qū)，扇區(qū)間不允許子信道復(fù)用。假定不同F(xiàn)FT塊都包含64個(gè)子信道。這個(gè)圖的目的是說明不同參數(shù)對(duì)目標(biāo)屬性而不是實(shí)際的數(shù)據(jù)速率上的影響，實(shí)際的數(shù)據(jù)速率可能會(huì)依賴于信道、噪聲等。在圖8中FFT 1024和總功率設(shè)置以便每個(gè)子載波上的平均信噪比為17dB。假設(shè)子載波的發(fā)射功率模板是獨(dú)立的并且SNR在0dB到40dB范圍內(nèi)恒定分布。
圖8至12說明了本算法的性能。由圖8可以得出，本發(fā)明的算法在性能上遠(yuǎn)優(yōu)于隨機(jī)分配子信道和依據(jù)功率模板進(jìn)行峰值功率限幅的等功率分配算法，也優(yōu)于采用優(yōu)化功率分配后的算法的性能。
圖9所示的簡(jiǎn)單的信道量化算法，例如使用3比特做序列量化時(shí)，速率和的損失僅為1％。甚至使用1比特量化時(shí)，算法性能也是相當(dāng)不錯(cuò)的(約9.5％的損失)。
圖10說明了我們所提算法的3比特量化的復(fù)雜度。在很高的功率約束精度下，如99.999998％，該算法的收斂?jī)H需要約30次迭代，每次迭代包含一系列前面說明的功率和速率的計(jì)算操作ξ。表明我們的算法只是需要如下次數(shù)的操作ξ(用戶數(shù)量)*(子載波或子信道數(shù)量備注1)*(迭代次數(shù))(5)其中備注1表示一個(gè)子信道內(nèi)采用相同的信道增益和功率模板。
這里迭代次數(shù)與O(log(FFT Size))相當(dāng)，并假定所有FFT規(guī)格下子信道的數(shù)目是相同的。
圖11中說明一個(gè)子信道被多個(gè)用戶共享的百分比是很小的，大約只有2％。當(dāng)時(shí)間共享不可用并采納了前述的算法2時(shí)，相應(yīng)的速率和百分比損失約為0.01％；圖12是使用理想子信道和功率分配使用信道共享量化因子的情形。相比之下，總的速率和損失是可以忽略的。
在上述的層2資源分配算法的步驟2中，(4a)至(4c)的推算步驟為公式(3a)，(3b)，(3c)所表示的凸面優(yōu)化問題可透過Lagrangian方法和Karsh-Kuhn-Tucker(KKT)條件來解決。其中Lagrangian表達(dá)式為L(zhǎng)=Σk=1KwkΣi=1Mρk,iΣn(i)=1Nifk,n(i)(ck,n(i)ρk,j)-Σi=1Mλi(Σk=1Kρk,i-1)-Ω(Σk=1KΣi=1MΣn(i)=1Nick,n(i)-Ptotal)---(6a)]]>這里，λi和Ω皆為L(zhǎng)agrange乘積因子。最優(yōu)化的ck，n(i)值(ck，n(i)*)和ρk，i值(ρk，i*)與及Lagrange乘積因子將必須符合以下6(b)至6(f)的KKT條件∂L∂ck,n(i)|(ck,n(i),ρk,i)=(ck.n(i)*,ρk.i*)=wkf′k,n(i)(ck.n(i)*ρk.i*)-Ω>0ifck.n(i)*=ρk,iPk,n(i)mask=0ifck.n(i)*∈(0,ρk,iPk,n(i)mask)<0ifck.n(i)*=0---(6b)]]>∂L∂ρk,i|(ck,n(i),ρk,i)=(ck.n(i)*,ρk.i*)=wk(Σn(i)=1Nifk,n(i)(ck.n(i)*ρk,.i)-Σn(i)=1Nick.n(i)*ρk.i*f′k,n(i)(ck.n(i)*ρk,i))-λiΩ>0ifρk.i*=1ρ=0ifρk.i*∈(0,1ρ)<0ifρk.i*=0]]>(6c)λi，Ω≥0(6d)Σi=1Mλi(Σk=1Kρk,i-1)=0---(6e)]]>Ω(Σk=1KΣi=1MΣn(i)=1Nick,n(i)-Ptotal)=0.---(6f)]]>公式(6b)中的 是 對(duì) (即Pk，n(i))的微分。
ck.i*ρk.i*=f′k,n(i)-1(Ωwk).---(6g)]]>這里， 是 的反函數(shù)，Ω值越大，ck，i*值則越小?；谧畲蟀l(fā)射功率模板的限制，ck，i*必須處于
范圍以內(nèi)。公式(6g)故可以寫成ck.i*ρk.i*=f′k,n(i)-1(Ω~wk).---(6h)]]>注意當(dāng)ρk.i*=0,]]>ck.n(i)*=0.]]> 則定義為(即公式(4c))
Ω~=wkf′k,n(i)(Pk,n(i)mask)iff′k,n(i)-1(Ωwk)>Pk,n(i)maskΩif0≤f′k,n(i)-1(Ωwk)≤Pk,n(i)maskwkf′k,n(i)(0)iff′k,n(i)-1(Ωwk)<0---(6i)]]>公式(6c)中的wk(Σn(i)=1Nifk,n(i)(ck.n(i)*ρk,i)-Σn(i)=1Nick.n(i)*ρk.i*f′k,n(i)(ck.n(i)*ρk,i))]]>可以寫成wk(fk,i(f′k,i-1(Ω~wk))-Ω~wkf′k,i-1(Ω~wk)).]]>為方便起見我們把后者用Gk，i(Ω)來表達(dá)(即公式4(b))Gk,i(Ω)=wk(fk,i(f′k,i-1(Ω~wk))-Ω~wkf′k,i-1(Ω~wk)---(6j)]]>這表達(dá)式反映出Greedy運(yùn)算法中使用的速率因子(wkfk,i(f′k,i-1(Ω~wk)))]]>以及一個(gè)尋找最優(yōu)答案所需的補(bǔ)償值(wkΩ~wkf′k,i-1(Ω~wk)).]]>從6(c)和6(j)我們可以得出ρk.i*=1ifGk,i(Ω)=maxk′(Gk′,i(Ω))≠Gk′,i(Ω)∀k′≠k∈(0,1)ifGk,i(Ω)=maxk′(Gk′,i(Ω))=Gk′,i(Ω)forsomek′=0otherwise∀i---(6k)]]>若ρk，i*∈(0，1)，那么這代表有其他用戶與其共同享有這個(gè)子信道．基于OFDMA的特性，這種共享只能夠在時(shí)間上(時(shí)間上的共享)實(shí)現(xiàn)。反過來說，若ρk，i*∈{0，1}，我們則可根據(jù)下面的準(zhǔn)則(即公式4(a))為子信道i選擇CPEk(ρk,i*=1):]]>ρk,i*=1ifCk,i(Ω)=maxk(Gk,i(Ω))=0otherwise∀i.---(6l)]]>也就是說k*=argmaxkGk,i(Ω).---(6m)]]>通過我們之前的運(yùn)算法，兩種情況均能夠順利解決。我們可以先假設(shè)只有后者的情況然后進(jìn)行調(diào)較，待遇到前者的情況時(shí)才再算出時(shí)間共享的比例(請(qǐng)參閱III(b)公式4(e)和4(f))。請(qǐng)注意，Ω值決定了發(fā)射總功率，通過本發(fā)明的迭代式運(yùn)算法，Ω將被調(diào)較至最終符合最大發(fā)射總功率的最優(yōu)值。
在需要時(shí)間共享的情況下，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)在調(diào)教Ω值的過程中有兩組子信道的分配結(jié)果在振蕩，一組子信道分配結(jié)果會(huì)使得總發(fā)射功率超出最大可發(fā)射功率的限制，而另一組則是小于最大可發(fā)射功率的限制，如果系統(tǒng)不能應(yīng)用時(shí)間共享(time-sharing)，可以用下面的算法(仿真結(jié)果表明幾乎沒有性能損失)。
算法1步驟1′選擇最接近總功率約束(最大可發(fā)射功率)的那組子信道分配結(jié)果。
步驟2′基于這個(gè)分配結(jié)果執(zhí)行最優(yōu)功率分配，該最優(yōu)功率是指對(duì)于所有用戶的整個(gè)功率分配最優(yōu)的結(jié)果，即采用上述具體算法中的步驟3至步驟5對(duì)總功率的調(diào)較，其中步驟2中的子信道分配則固定于這個(gè)最接近總功率約束的分配。
算法2直接選擇總功率比總功率約束小的那組子信道、功率和速率分配結(jié)果。
在實(shí)際系統(tǒng)中，信道信息的完全反饋是不可能的，相反只能獲得有限位的信道信息。下面提出一種簡(jiǎn)單的信道量化算法，它用一個(gè)代表信道功率增益估計(jì)的量化表中的序號(hào)作為反饋信息。
本發(fā)明還可以采用量化查找表構(gòu)造，也就是一個(gè)量化的信道增益表的對(duì)數(shù)表，使用這個(gè)表格實(shí)現(xiàn)了解決信道增益反饋開銷和信道增益信息反饋失真的折中。該量化表構(gòu)造1.獲得信道功率增益分布。
2.用一個(gè)期望發(fā)生概率來標(biāo)識(shí)信道功率的范圍，比如90％。
3.在對(duì)數(shù)域等分相應(yīng)的范圍。
4.把門限值設(shè)為在每個(gè)對(duì)數(shù)域間隔的中間值。
5.將對(duì)數(shù)域各門限轉(zhuǎn)換成初始域中的相應(yīng)門限。
顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種采用OFDMA技術(shù)系統(tǒng)的下行鏈路多用戶資源分配方法，其特征在于，包括以下步驟A、對(duì)采用OFDMA技術(shù)系統(tǒng)的小區(qū)頻譜占用狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，確定每個(gè)子帶的發(fā)射功率模板；B、根據(jù)檢測(cè)結(jié)果采用兩層結(jié)構(gòu)資源分配方法進(jìn)行系統(tǒng)下行鏈路的資源分配，具體包括以下步驟B1將每個(gè)用戶分配到發(fā)射功率模板分配其子帶；B2根據(jù)分配到的子帶的信道功率增益信息，在每個(gè)子帶內(nèi)進(jìn)行多用戶的子信道、功率和速率分配。
2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，在步驟B1與步驟B2之間還包括根據(jù)子帶分配結(jié)果進(jìn)行信道功率信息反饋的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在基于OFDMA的WRAN系統(tǒng)中，在所述的步驟B1中，所述的小區(qū)被分為多個(gè)扇區(qū)，采用以下步驟進(jìn)行子帶的分配B11排除扇區(qū)內(nèi)發(fā)射功率模板小于門限值的子帶；B12根據(jù)公式Kb,c=Kc.fsubband(Pmm.b,c|Pmm,1,c,...,Pmm,Nb,c).fsector(Pmm,b,c|Pmm,b,c,...,Pmm,b,L)Σb=1Nbfsubband(Pmm,b,c|Pmm,1,c,...,Pmm,Nb,c).fsector(Pmm,b,c|Pmm,b,c,...,Pmm,b,L)]]>計(jì)算每個(gè)扇區(qū)的每個(gè)子帶分配的用戶的數(shù)量；其中Pmm，b，c＝所有子帶內(nèi)的子信道的最大可能傳送功率；Kc為扇區(qū)c內(nèi)總的用戶數(shù)，對(duì)于每個(gè)扇區(qū)c和子帶b，被分配的用戶數(shù)為Kb，c；Nb為有用子帶的數(shù)目，L為扇區(qū)數(shù)；fsector(Pmm，b，c|Pmm，b，c，…，Pmm，b，L)表示扇區(qū)c內(nèi)子帶b內(nèi)的子信道容量；fsubband(Pmm，b，c|Pmm，l，c，…，Pmm，Nb，c)表示子帶子信道不同扇區(qū)的相對(duì)數(shù)目分配；B13、根據(jù)步驟B12的計(jì)算結(jié)果，將用戶分配到各子帶上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于采用一維的扇區(qū)內(nèi)跨子帶分配方法分配子帶時(shí)，步驟B12中，fsector(Pmm，b，c|Pmm，b，c，…，Pmm，b，L)=1；fsubband(Pmm,b,c|Pmm,1,c,...,Pmm,Nb,c)=log(1+γbPmm,b,c),]]>γb為平均信道增益對(duì)背景噪音的比例。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，采用二維的跨扇區(qū)和子帶分配方法分配子帶時(shí)步驟B12中，fsector(Pmm,b,c|Pmm,b,c,...,Pmm,b,L)=Pmm,b,c/Σc=1LPmm,b,c]]>fsubband(Pmm,b,c|Pmm,1,c,...,Pmm,Nb,c)=log(1+γbPmm,b,c),]]>γb為平均信道增益對(duì)背景噪音的比例。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟B13中，根據(jù)用戶等級(jí)進(jìn)行子帶選擇。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在所述的步驟B2中，采用以下公式進(jìn)行子信道、功率以及速率的分配當(dāng)Σi=1MΣk=1Kρk,iΣn(i)=1NiPk,n(i)≤PTotal]]>以及Σn(i)=1NiPk,n(i)=Pk,i;]]>峰值功率滿足0≤Pk,n(i)≤Pk,n(i)mask≤PTotal]]>i∈{1，2，…，M}，k∈{1，2，…，K}，n(i)∈{1，2，…，Ni)子信道的分配滿足公式Σk=1Kρk,i≤1∀i∈{1,2,...,M};]]>進(jìn)行用戶加權(quán)容量的計(jì)算，采用公式 按照以下代價(jià)函數(shù)公式實(shí)現(xiàn)速率分配fk,i(Pk,i)=Σn(i)=1Nifk,n(i)(Pk,n(i))]]>=Σn(i)=1Nilog2(1+β||hk,n(i)||2Pk,n(i)σn2)]]>其中，Pk，n(i)和Pk，n(i)mask分別是用戶k在子信道i的子載波n(i)上分配的發(fā)射功率和發(fā)射功率模板；ρk，i是一個(gè)共享因子，ρk，i＝1代表用戶k占用了子信道i，ρk，i＝0則是相反，Ni是子信道i的子載波數(shù)目；參數(shù)wk是預(yù)先確定的權(quán)值因子，wk=αk-lQoS_Class(k);]]>lQoS_Class(k)(lQoS_Class(k)≤0)代表優(yōu)先級(jí)控制；αk(0≤αk≤1)代表速率控制；‖hk，n(i)‖2和Pk，n(i)mask分別為子信道i的子載波n(i)的信道功率增益和傳輸功率模板；參數(shù)β用來彌補(bǔ)理想功率需求(使用互信息計(jì)算得到)和實(shí)際中對(duì)于給定速率的調(diào)制方案所需要的傳輸功率之間的差距。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，當(dāng)ρk，i∈
，算法在log域完成，當(dāng)Σk=1KΣi=1MΣn(i)=1Nick,n(i)≤PTotal]]>以及Σk=1Kρk,i≤1]]>i ∈{1，2，…，M} ρk，i作為一個(gè)時(shí)間共享因子；ck，n(i)＝ρk，iPk，n(i)作為用戶k子信道i的子載波n上的時(shí)間平均功率。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，進(jìn)行子信道、功率以及速率的分配的具體步驟為步驟1設(shè)定Ω.初始值Ω＝0；步驟2對(duì)給定Ω.值為每個(gè)子信道的選擇最優(yōu)CPE根據(jù)下面的條件為子信道i選擇CPEk(ρk,i*=1]]>) 這里Gk,i(Ω)=wk(Σn(i)=1Nifk,n(i)(fk,n(i)′-1(Ω~wk))-Ω~wkΣn(i)=1Nifk,n(i)′-1(Ω~wk))]]> 定義為 步驟3對(duì)給定Ω.值為每個(gè)CPE計(jì)算最優(yōu)分配功率用戶k子信道i上的最優(yōu)平均功率ck,n(i)*=ρk,i*fk,n(i)′-1(Ω~wk)=ρk,i*(wkΩ~-σn2β||hk,n(i)||2)]]>步驟4精確調(diào)整Ω.當(dāng)(|Σk=1KΣi=1MΣn(i)=1Nick,n(i)-PTotal|>ϵ),]]>對(duì)于預(yù)先確定的容忍度ε，如果(Σk=1KΣi=1MΣn(i)=1Nick,n(i)>PTotal),]]>Ωlower＝Ω；如果(Σk=1KΣi=1MΣn(i)=1Nick,n(i)>PTotal),]]>Ωupper＝Ω；Ω＝(Ωlower+Ωupper)/2；返回步驟2。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在步驟4的精細(xì)調(diào)整Ω.步驟之前還包括粗略調(diào)整步驟31如果Ω=0,(Σk=1KΣi=1MΣn(i)=1Nick,n(i)>PTotal),]]>則選擇滿足Ω＞0一個(gè)較小的；返回步驟2；否則獲得最優(yōu)解；算法中止；如果(Σk=1KΣi=1MΣn(i)=1Nick,n(i)>PTotal),]]>Ωlower＝Ω；Ω＝2Ω；返回步驟2；如果(Σk=1KΣi=1MΣn(i)=1Nick,n(i)>PTotal),]]>轉(zhuǎn)到步驟4；否則獲得最優(yōu)解；算法中止。
11.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，當(dāng)精調(diào)整已經(jīng)執(zhí)行了預(yù)設(shè)的最大次數(shù)時(shí)，依據(jù)兩個(gè)子信道功率的振蕩臨界狀態(tài)Pu=Σk=1KΣi=1Mck,i>PTotal]]>和Pl=Σk=1KΣi=1Mck,i>PTotal]]>計(jì)算一個(gè)共享比率(θu∶θi)θu=PTotal-PlPu-Pl]]>其中(θi＝1-θu).。
12.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的方法，其特征在于，不能進(jìn)行時(shí)間共享時(shí)，進(jìn)行子信道、功率以及速率的分配的具體步驟為步驟1′選擇最接近總功率約束的那組子信道分配結(jié)果，；步驟2′基于步驟1′的分配結(jié)果執(zhí)行最優(yōu)功率分配，即上述步驟3至步驟4對(duì)總功率的調(diào)較；其中步驟2中的子信道分配則固定于這個(gè)最接近總功率約束的分配。
13.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的方法，其特征在于，不能進(jìn)行時(shí)間共享時(shí)，進(jìn)行子信道、功率以及速率的分配的具體步驟為直接選擇總功率比總功率約束小的那組子信道、功率和速率分配結(jié)果分配。
全文摘要
本發(fā)明一種采用OFDMA技術(shù)系統(tǒng)的下行鏈路多用戶資源分配方法，包括以下步驟A.對(duì)采用OFDMA技術(shù)系統(tǒng)的小區(qū)頻譜占用狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，確定每個(gè)子帶的發(fā)射功率模板；B.根據(jù)檢測(cè)結(jié)果采用兩層結(jié)構(gòu)資源分配方法進(jìn)行系統(tǒng)下行鏈路的資源分配，具體包括以下步驟B1將每個(gè)用戶分配到發(fā)射功率模板分配其子帶；B2根據(jù)分配到的子帶的信道功率增益信息，在每個(gè)子帶內(nèi)進(jìn)行多用戶的子信道、功率和速率分配。
文檔編號(hào)H04L5/02GK101026444SQ20061000919
公開日2007年8月29日 申請(qǐng)日期2006年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月20日
發(fā)明者盧思遠(yuǎn), 何嘉明, 黃蔚藍(lán), 王琤, 劉堅(jiān)能, 鄭樹坤, 李德富, 穆樂思, 繆偉豪, 呂林軍, 張建偉 申請(qǐng)人:華為技術(shù)有限公司