專利名稱：半分布式資源分配方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動通信領(lǐng)域，尤其涉及一種半分布式資源分配方法 及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
未來移動通信系統(tǒng)需要支持在高移動性下的高速傳輸，且具有更 廣業(yè)務(wù)覆蓋。這不僅需要采用先進(jìn)傳輸技術(shù)，還需要新的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié) 構(gòu)支持。蜂窩中繼移動通信系統(tǒng)(簡稱蜂窩中繼系統(tǒng))是近年來的研 究熱點，它通過中繼節(jié)點的協(xié)作傳輸和資源優(yōu)化分配能獲得空間分集
增益，擴大網(wǎng)絡(luò)覆蓋，提高系統(tǒng)容量，增強系統(tǒng)性能。IEEE802.11， IEEE802.16以及歐洲的WINNER等組織都明確提出了 "中繼，，以及 多跳協(xié)作傳輸?shù)母拍?，并正在進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的工作。因此，中繼系統(tǒng)已 成為一種極具吸引力和竟?fàn)幜Φ奈磥頍o線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)架構(gòu)方案。
在蜂窩中繼系統(tǒng)中，用戶終端可以通過基站接入網(wǎng)絡(luò)，也可以通 過中繼站以兩跳傳輸?shù)姆绞浇尤刖W(wǎng)絡(luò)，可認(rèn)為系統(tǒng)中存在兩類用戶。 正是由于用戶的多樣性以及無線傳播信道的時變性會實時地影響用戶 當(dāng)前鏈路的傳輸質(zhì)量，為保證網(wǎng)絡(luò)的較高吞吐量以及較高的用戶滿意 度，系統(tǒng)需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)以及用戶狀態(tài)的變化即時地調(diào)整和分配新的通 信鏈路。資源分配作為一項重要的無線資源管理功能，同時也是移動 通信系統(tǒng)的 一個關(guān)鍵模塊功能，其流程設(shè)計以及分配機制將直接影響 整個網(wǎng)絡(luò)的性能。
中繼技術(shù)的應(yīng)用給蜂窩系統(tǒng)的資源分配機制帶來了新的挑戰(zhàn)，原 有的資源分配方案將無法適應(yīng)新的系統(tǒng)要求。
首先，在傳統(tǒng)蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)中，資源分配僅需要考慮在基站 和終端兩種網(wǎng)絡(luò)元素之間進(jìn)行。隨著中繼技術(shù)的引入，在網(wǎng)絡(luò)中除了
5原有的基站、終端之外，還增加了中繼站這種新的網(wǎng)絡(luò)元素，網(wǎng)絡(luò)拓 樸的復(fù)雜化、用戶種類的多樣化將使得蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)的資源分配策略 必然更加復(fù)雜。
其次，在多用戶情況下，無線通信系統(tǒng)需要分配的資源至少考慮 時頻二維的聯(lián)合優(yōu)化。而中繼站的引入，在改變網(wǎng)絡(luò)拓樸的同時，也 帶來了空間上的變化，即資源分配時需要考慮空間、時域、頻域三維 優(yōu)化，這也相應(yīng)增加了資源管理模塊的難度。
再次，現(xiàn)有的蜂窩中繼系統(tǒng)基本采用的是集中式或者分布式的資 源分配方法。對于集中式的方法來講，它能有效地最大化系統(tǒng)的吞吐
量，并保證用戶的QoS。中繼站的引入之后，它的資源管理功能如何 利用就成了一大難點。除了擴大覆蓋，提高各跳鏈路的信噪比等固有 優(yōu)勢，如果沿用傳統(tǒng)的集中式資源分配機制，不僅中繼站的管理功能 沒法得到體現(xiàn)與利用，同時由于多跳的信道信息反饋會給系統(tǒng)增加龐 大的開銷，基站端的數(shù)據(jù)處理與資源分配決策也會更為復(fù)雜。而對于 分布式的方法來講，它能在蜂窩中繼系統(tǒng)中，有效的降低中繼端的信
息反饋量，并且充分利用中繼站的資源管理功能；但它的缺點也較為 明顯，由于基站端對于第二跳鏈路的未知性，其資源分配不能最為有 效的優(yōu)化吞吐量和用戶滿意度，如果從非合作博弈或者合作博弈角度 尋求分布式的資源分配方案，不僅需要犧牲一定的算法復(fù)雜度，而且 系統(tǒng)其性能很難達(dá)到最優(yōu)。
不論是哪種資源分配方法，都需要在用戶信道狀態(tài)改變時，盡可 能保證用戶的通信質(zhì)量，這樣才有利于提高用戶滿意率，提高系統(tǒng)吞 吐量。顯然，傳統(tǒng)的各種集中式資源分配方案，如輪詢資源分配方案、 最大載干比資源分配方案、比例公平方案等等，都已不適用于蜂窩中 繼系統(tǒng)，所以應(yīng)當(dāng)針對蜂窩中繼系統(tǒng)的特點，重新考慮在引入中繼技 術(shù)情況下的資源分配問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種適用于蜂窩中繼系統(tǒng)的半分布式資源分配方法及系統(tǒng)，能夠充分利用中繼站這個新的網(wǎng)絡(luò)元素的資源管理 功能，降低系統(tǒng)的反饋開銷，提高資源的有效利用率，增加用戶滿意 度，增強系統(tǒng)吞吐量。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種半分布式資源分配方法，包
括以下步驟
基站獲得直傳用戶反饋的直傳鏈路的信道狀態(tài)信息、中繼站反饋 的第一跳鏈路的信道狀態(tài)信息和中繼站預(yù)估的第二跳鏈路的平均速率 信息；
基站根據(jù)所述直傳鏈路的信道狀態(tài)信息、第一跳鏈路的信道狀態(tài) 信息和平均速率信息將資源分配給中繼站和直傳用戶；
所述中繼站根據(jù)中繼用戶反饋的第二跳鏈路的信道狀態(tài)信息將 已分配給中繼站的資源再分配給中繼用戶。
進(jìn)一步的，在所述中繼站反饋第二跳鏈路的平均速率信息之前， 還包括以下步驟
所述中繼站接收中繼用戶反饋的第二跳鏈路的信道狀態(tài)信息，并 根據(jù)所述第二跳鏈路的信道狀態(tài)信息預(yù)估所述第二跳鏈路的平均速率 信息。
進(jìn)一步的，所述預(yù)估第二跳鏈路的平均速率信息的操作具體為
所述中繼站對中繼用戶在第二跳鏈路各個子載波上的信道信息 進(jìn)行加權(quán)處理，預(yù)估出所述第二跳鏈路的平均速率信息。
進(jìn)一步的，所述基站根據(jù)所述直傳鏈路的信道狀態(tài)信息、第一跳 鏈路的信道狀態(tài)信息和平均速率信息將資源分配給中繼站和直傳用戶 的操作具體包括
將所有中繼站視為整體中繼站，所述基站將系統(tǒng)資源分配給所述 直傳用戶和整體中繼站；
根據(jù)所述第二跳鏈路的平均速率信息，所述基站預(yù)估各個中繼站 為支持第二跳鏈路的傳輸所需的子載波數(shù)量，并將已分配給所述整體 中繼站的資源按照所述預(yù)估的子載波數(shù)量成比例分配給各個中繼站。
進(jìn)一步的，所述將系統(tǒng)資源分配給所述直傳用戶和整體中繼站的操作具體為
基站以滿足不同業(yè)務(wù)類型的最小傳輸速率需求為前提，最大化系 統(tǒng)吞吐量為準(zhǔn)則，將資源分配給所述直傳用戶和整體中繼站。
進(jìn)一步的，所述將已分配給中繼站的資源再分配給中繼用戶的操 作具體為
所述中繼站依據(jù)中繼用戶在第一跳鏈路的傳輸速率，根據(jù)中繼用 戶反饋的第二跳鏈路的信道狀態(tài)信息，調(diào)整子載波分配以及各子栽波 上的功率來分配第二跳鏈路的資源，以實現(xiàn)兩跳速率均衡。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種半分布式資源分配系統(tǒng)，包
括
第一信道狀態(tài)獲取模塊，設(shè)于基站內(nèi)，用于獲得直傳用戶反饋的 直傳鏈路的信道狀態(tài)信息、中繼站反饋的第一跳鏈路的信道狀態(tài)信息 和中繼站預(yù)估的第二跳鏈路的平均速率信息；
第一資源分配模塊，設(shè)于基站內(nèi)，用于根據(jù)所述直傳鏈路的信道 狀態(tài)信息、第一跳鏈路的信道狀態(tài)信息和平均速率信息將資源分配給 中繼站和直傳用戶；
第二信道狀態(tài)獲取模塊，設(shè)于中繼站內(nèi)，用于獲取中繼用戶反饋 的第二跳鏈路的信道狀態(tài)信息；
第二資源分配模塊，設(shè)于中繼站內(nèi)，用于根據(jù)所述第二跳鏈路的 信道狀態(tài)信息將已分配給中繼站的資源再分配給中繼用戶。
進(jìn)一步的，還包括平均速率預(yù)估模塊，設(shè)于中繼站內(nèi)，用于根據(jù) 所述第二跳鏈路的信道狀態(tài)信息預(yù)估所述第二跳鏈路的平均速率信 每
進(jìn)一步的，所述第一資源分配模塊具體包括
中繼站整體分配單元，用于將所有中繼站視為整體中繼站，所述 基站將系統(tǒng)資源分配給所述直傳用戶和整體中繼站；
子載波預(yù)估單元，用于預(yù)估各個中繼站為支持第二跳鏈路的傳輸 所需的子載波數(shù)量；
中繼站個體分配單元，用于將已分配給所述整體中繼站的資源按照所述預(yù)估的子載波數(shù)量成比例分配給各個中繼站。
進(jìn)一步的，所述第二資源分配模塊具體包括
子載波調(diào)整單元，用于依據(jù)中繼用戶在第一跳鏈路的傳輸速率， 根據(jù)中繼用戶反饋的第二跳鏈路的信道狀態(tài)信息，調(diào)整子載波分配以 及各子載波上的功率來分配第二跳鏈路的資源，以實現(xiàn)兩跳速率均衡。
基于上述技術(shù)方案，本發(fā)明在考慮到充分利用中繼站的資源管理 功能的前提下，根據(jù)中繼系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)拓樸等方面具有的特點，將資源 分配方法分解在兩個功能實體上分布實現(xiàn)，并在中繼站實現(xiàn)兩跳速率 均衡，不僅降低了中繼用戶第二跳信道狀態(tài)信息的反饋開銷與算法復(fù) 雜度，并且充分利用了中繼站這個網(wǎng)絡(luò)元素，有效地提升了網(wǎng)絡(luò)的用 戶滿意率，保證了用戶在移動環(huán)境下的通信服務(wù)質(zhì)量，增強了系統(tǒng)吞 吐量以及資源利用率，具有較強的實用性。


此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請 的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu) 成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中
圖1為本發(fā)明涉及的蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2a-2c分別為現(xiàn)有技術(shù)的集中式資源分配、本發(fā)明的半分布式 資源分配和現(xiàn)有技術(shù)的分布式資源分配的示意圖。
圖3為本發(fā)明半分布式資源分配方法的一實施例的流程示意圖。 圖4為本發(fā)明半分布式資源分配方法的另一實施例的流程示意圖。
圖5為本發(fā)明涉及的蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)中資源分配的示意圖。
圖6為本發(fā)明涉及的中繼用戶兩跳均衡的示意圖。
圖7為本發(fā)明半分布式資源分配系統(tǒng)的一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8為本發(fā)明半分布式資源分配系統(tǒng)的另一實施例的結(jié)構(gòu)示意具體實施方式
下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。如圖1所示，為本發(fā)明涉及的蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖。在蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)是由多個蜂窩小區(qū)構(gòu)成，每個小區(qū)中包含一個基站BS (Base Station), —個或多個中繼站RS (Relay Station)以及一個或多個移動 用戶終端MS (Mobile Station)。其中直傳用戶d-MS可以通過直傳鏈 路G。連接BS以接入網(wǎng)絡(luò)，中繼用戶r-MS可以通過中繼站RS建立 第二跳鏈路G2和第一跳鏈路Gi與基站BS的連接以接入網(wǎng)絡(luò)。在圖1 中還給出了基于TDD的幀結(jié)構(gòu)的例子。所謂直傳用戶d-MS指的是接入站為基站BS的移動終端，中繼 用戶r-MS指的是接入站為中繼站RS的移動終端。所謂接入站指的是 移動終端接入網(wǎng)絡(luò)時所直接連接的設(shè)備，其接入方式可依據(jù)最大接受 功率、最小路徑損耗、最大信道容量，或者其他準(zhǔn)則等。所謂第一跳 鏈路指的是基站BS和中繼站RS之間的通信連接，第二跳鏈路指的是 中繼站RS與中繼用戶r-MS之間的通信連接，也稱中繼鏈路。本發(fā)明適用于上述的蜂窩中繼系統(tǒng)，其采用的資源分配方式區(qū)別 于現(xiàn)有技術(shù)的集中式資源分配和分布式資源分配，即半分布式資源分 配。所謂半分布式資源分配方法指的是網(wǎng)絡(luò)中針對中繼用戶的資源分 配分別在基站BS和中繼站RS中進(jìn)行，但二者的分配并不完全獨立。 其中，基站BS所做的資源分配將依賴于中繼站RS反饋的關(guān)于中繼站 RS到中繼用戶r-MS鏈路的加權(quán)信息，而中繼站RS的分配還可以根 據(jù)需要考慮基站BS到中繼站RS的鏈路，以及中繼站RS到中繼用戶 r-MS鏈路的速率均衡。下面進(jìn)行現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明的三種資源分配方法運用于蜂窩中 繼系統(tǒng)的比較。如圖2a-2c所示，分別為現(xiàn)有技術(shù)的集中式資源分配、 本發(fā)明的半分布式資源分配和現(xiàn)有技術(shù)的分布式資源分配的示意圖。 這三種方式的主要區(qū)別說明如下1)從信息反饋的角度看，集中式的資源分配方法需要中繼站將10中繼用戶第二跳的全部信道信息進(jìn)行反饋；本發(fā)明提出的半分布式資 源分配方法只需要中繼站將中繼用戶第二跳的平均速率進(jìn)行反饋；而 分布式的資源分配方法不需要第二跳的信道信息反饋。2) 從網(wǎng)絡(luò)接入站的功能看，集中式的資源分配功能集中在基站 端進(jìn)行，中繼站不參與資源分配，僅僅轉(zhuǎn)發(fā)傳輸信號；本發(fā)明提出的 半分布式資源分配將在基站和中繼站分別進(jìn)行，且基站端能為中繼用 戶做資源預(yù)分配，中繼站能為中繼用戶做兩跳均衡處理；分布式的資 源分配也是在基站和中繼站分別進(jìn)行，但兩個功能實體的資源分配是 完全獨立的。3) 從資源分配的角度看，采用集中式的方法，基站在資源調(diào)度 時可基于兩跳完整的信道狀態(tài)信息去進(jìn)行傳輸速率估計；采用本發(fā)明 提出的半分布式的方法，基站可基于中繼站的平均速率信息反饋做出 資源預(yù)分配；采用分布式的方法，由于基站無法獲取第二跳的信道狀 態(tài)信息，因此它無法預(yù)估中繼用戶的傳輸速率，只能隨機或者按照其 它準(zhǔn)則處理。如圖3所示，為本發(fā)明半分布式資源分配方法的一實施例的流程 示意圖。本實施例包括以下步驟步驟101、基站獲得直傳用戶反饋的直傳鏈路的信道狀態(tài)信息、 中繼站反饋的第 一跳鏈路的信道狀態(tài)信息和中繼站預(yù)估的第二跳鏈路 的平均速率信息；步驟102、基站根據(jù)所述直傳鏈路的信道狀態(tài)信息、第一跳鏈路 的信道狀態(tài)信息和平均速率信息將資源分配給中繼站和直傳用戶；步驟103、中繼站根據(jù)中繼用戶反饋的第二跳鏈路的信道狀態(tài)信 息將已分配給中繼站的資源再分配給中繼用戶。在上述技術(shù)方案中，資源可以為系統(tǒng)分配給移動終端的時隙、頻 帶資源和/或功率資源，信道狀態(tài)信息指的是鏈路在各個子載波上的信道狀態(tài)o本發(fā)明實施例的方案充分地利用了中繼站這個網(wǎng)絡(luò)元素，將資源 分配方法分解在兩個功能實體基站與中繼站上以半分布式的形式實現(xiàn)，降低了中繼用戶第二跳信道狀態(tài)信息的反饋開銷與算法復(fù)雜度， 有效地提升了網(wǎng)絡(luò)的用戶滿意率，保證了用戶在移動環(huán)境下的通信服 務(wù)質(zhì)量，增強了系統(tǒng)吞吐量以及資源利用率，具有較強的實用性。如圖4所示，為本發(fā)明半分布式資源分配方法的另一實施例的流程示意圖。在本實施例中，假設(shè)系統(tǒng)有M個共信道的蜂窩小區(qū)，頻率 復(fù)用因子為l，系統(tǒng)帶寬為S，分為^個正交的子信道。系統(tǒng)中均勻分 布著K個用戶，其中有^個直傳用戶，^個中繼用戶，基站的下行最 大發(fā)射功率為《"中繼站的下行最大發(fā)射功率為尸，第^用戶在第附 小區(qū)第,跳第"號載波上的信道狀態(tài)為G^,"、附=1""^, "-l，…，iV, '-O，l，2，其中/ = 0表示直傳鏈路。系統(tǒng)采用時分半雙工的方式，對于中繼用戶來講，時隙資源分成《，"《兩部分，以支持中繼用戶的兩跳傳輸，""1。第一步，根據(jù)蜂窩中繼系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)確定各種鏈路的信道狀況，包 括直傳鏈路、第一跳鏈路以及第二跳鏈路的信道狀況，還可以包括測 量的信道信息，即信號在自由空間的傳播損耗，陰影衰落以及多徑衰 落等無線傳播過程中存在的各種對信號有所影響的因素。直傳用戶將測得的用戶鏈路的信道狀態(tài)信息反饋至接入站(步驟la)，同時，中繼站將第一跳鏈路的信道狀態(tài)信息反饋至基站(步驟 lb)。第二步，中繼站根據(jù)中繼用戶反饋的信道信息《，，")，根據(jù)香農(nóng) 公式估計每個中繼用戶在第二跳所有載波上所能傳輸?shù)钠骄俾蔨。 以線性等權(quán)重加權(quán)為例，對于第A個中繼用戶，其平均速率^為其中，《"")是第t中繼用戶在第w小區(qū)第/跳第"號載波上的信 噪干擾比其中，^"^是接入站對第*用戶在第附小區(qū)第!跳笫"號載波上的發(fā)射功率，^是噪聲功率，"G，^是第A用戶在第附小區(qū)第'跳第"號載波上受到的整個網(wǎng)絡(luò)的同頻千擾w，")=Z"m《(/,")//"'(,，")式(1)中，^是信噪比門限，有^=1'5/—ln(5BER。， BE^是第t用戶 的誤比特率要求。中繼站將預(yù)估的每個中繼用戶的平均速率^反饋至基站(步驟第三步，基站根據(jù)直傳用戶與中繼站反饋的信道狀態(tài)信息，基于 滿足每個用戶的最小傳輸速率要求準(zhǔn)則做第一次的資源分配，分配的資源包括時隙、頻帶以及功率等資源，如圖5所示。設(shè)系統(tǒng)所有用戶的最小傳輸速率要求的向量為『-[《，w，…，w]， 基站估計的每個用戶在各個子載波上的傳輸速率向量為《=[《1,c m2"..,c ;]，C ,4rf ， "矢dc"'1^i。g"i+rrx(i，"))， ^ (2)設(shè)系統(tǒng)子載波的分配標(biāo)識因子為^，表示將第"號子載波分配給 第^用戶f 1, if sub-carrier w is assigned to user A:， "'《 0， otherwise.基站將所有中繼站視為 一個整體中繼站，以滿足不同業(yè)務(wù)類型的 最小傳輸速率需求為前提，最大化系統(tǒng)吞吐量為準(zhǔn)則，將子載波資源以及功率資源分配給直傳用戶和中繼站，具體步驟如下① 初始化設(shè)接入站(基站)的發(fā)射功率在各個子載波上均分，有② 如果"w，找出具有最大^7二的用戶"并設(shè)《=1;否則， 跳轉(zhuǎn)第⑤步；義附 —Z 加 、，"^加"m c*m r\ cm rv③ 更新 "一 * —""， 若< ，貝'J令=;④ 更新^C。,"《^^)， v、若^d"o， v、令Pi dr《，W，且"="+ 1，返回第②步； 對第t用戶在第"號子載波分配功率135。 ，* 1 、+AHn2.d) e:(l，")啦|^ 1>:(1，")" ,《(3)其中， /r(i，")+cr2， ^是為最大化系統(tǒng)容量，滿足約束條件^ 的拉格朗日乘數(shù)因子。 以上①~⑤步實現(xiàn)了基站以滿足不同業(yè)務(wù)類型的最小傳輸速率 需求為前提，最大化系統(tǒng)吞吐量為準(zhǔn)則，將系統(tǒng)資源分別分配給直傳用戶(步驟3)，以及分配給整體中繼站(步驟4)。第四步，基站根據(jù)中繼站反饋的平均速率信息^，預(yù)估各個中繼 站為支持第二跳鏈路的傳輸所需要的子載波數(shù)量，并將第三步分配后， 分配給整體中繼站的子載波資源按照預(yù)估的結(jié)果進(jìn)行資源預(yù)分配(步設(shè)乂是第三步完成后，分配給所有中繼站的子載波個數(shù)，瓦是基 站根據(jù)各個中繼站反饋的平均速率信息^而估計出的中繼為支持第二 跳鏈路傳輸所需要達(dá)到的傳輸速率，7 = 1""J， J為每小區(qū)放置的中繼 站個數(shù)。則每個中繼站所需要分配的子載波數(shù)^w為(4)由于缺少精確的信道信息反饋，基站在第四步所做的估計肯定存 在一定偏差，但其根本的目的就在于通過較少的反饋，盡可能準(zhǔn)確的 根據(jù)中繼用戶的需求來分配第一跳的資源，從而為中繼站的第二次分 配做好鋪墊。第五步，中繼站依據(jù)中繼用戶在第一跳鏈路的傳輸速率，根據(jù)中 繼用戶反饋的第二跳鏈路的信道狀態(tài)信息，調(diào)整子載波分配以及各子 載波上的功率來分配第二跳鏈路的資源，以實現(xiàn)兩跳速率均衡。其中， 蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)的兩跳均衡示意如圖6所示，它的根本目的在于使得同 一中繼用戶的兩跳速率盡可能相等。s丄2>""X=1， V"eN,A《、C加其中，《W是中繼用戶^在第一跳鏈路上的傳輸速率，"^"人"'、 是通過中繼站的資源分配之后，中繼用戶^在第二跳鏈路上的傳輸速 率。兩跳均衡可以通過兩跳采用不用的子載波，或者不同數(shù)量的子載 波實現(xiàn)，這樣不僅可提高資源利用率，還能進(jìn)一步增強系統(tǒng)的吞吐量?；谏鲜鰞商鉁?zhǔn)則，中繼站所執(zhí)行的第二次資源分配具體步 驟如下① 初始化設(shè)接入站(中繼站)的發(fā)射功率在各個子載波上均分，. 尸艦，乂 0， = "77~&狄 .ranw m w,對于第J個中繼站有 ，令""，且有^人a-、vV、② 如果"w",找出具有最大^C的用戶^，并設(shè)""；=1;否則， 跳轉(zhuǎn)第(D步；③ 更新《"'=《—ZL "入，若《"< 0 ，則令《w = 0;④ 更新MC叫=《".(《",/ K )， A ，若^ C,a = o, v、，令， V=C"V Wt，且"="+ 1，返回第②步； 對第、用戶在第二跳鏈路第"號子載波分配功率《(2，") = S::;、22《(l)/flg =込(2，")=、/ \ 其中仏""J g(2,")M2， " =《①-,即⑥微調(diào)上述功率《""卜^&")土^，以滿足 兩跳速率均衡的約束條件。其中，AP是調(diào)整的功率步長，《是設(shè)定的滿足兩跳均衡的速率差 值門限。以上①~⑤步實現(xiàn)了中繼站依據(jù)中繼用戶第二跳鏈路的信道狀 態(tài)信息，并以兩跳速率均衡為準(zhǔn)則，將基站通過第四步分配給它的資 源，再有效的分配給中繼用下面再根據(jù)一個具體的資源分配實施例來驗證本發(fā)明半分布式 資源分配方法的優(yōu)越性。
假設(shè)在本實施例中，系統(tǒng)由7個蜂窩小區(qū)構(gòu)成的，每小區(qū)中心放 置1個基站，且每小區(qū)均勻放置6個中繼站于2/3小區(qū)半徑處，且基 站BS的下行最大發(fā)射功率為20W，中繼站RS的下行最大發(fā)射功率 為2.5W，子載波數(shù)目為128個，子載波帶寬為160kHz，載頻為 3.95GHz。根據(jù)圖2a-2c所示的三種資源分配方法，在集中式的資源分 配方法中，基站能獲得所有用戶鏈路的信道狀態(tài)信息；在分布式的資 源分配方法中，中繼站不需要反饋中繼用戶第二跳鏈路信道狀態(tài)信息； 在本發(fā)明提出的半分布式資源分配方法中，中繼站反饋等權(quán)重加權(quán)的 中繼用戶第二跳平均速率至基站，以此為一個具體實施例，比較上述 三種方法的優(yōu)劣。
通過仿真驗證，可以看出本發(fā)明半分布式方法使得中繼用戶速率 得到了一定的提高，同時直傳用戶速率也大大提升，滿意率性能同集 中式的非常接近，同分布式策略比較滿意率提升較大。綜上所述，本 發(fā)明提出的半分布式資源分配方法是一種兼顧系統(tǒng)吞吐量與用戶滿意 率，并且降低了系統(tǒng)開銷，使得資源利用更為合理的一種方案。
本發(fā)明的半分布式資源分配方法充分利用了中繼站這個網(wǎng)元的 資源管理功能，不僅減少了反饋開銷與算法復(fù)雜度，有效提升了網(wǎng)絡(luò) 的用戶滿意率，保證了用戶在移動環(huán)境下的通信服務(wù)質(zhì)量，增強了系 統(tǒng)吞吐量，使有限的無線資源得到了高效的利用，具有較強的實用性。
本領(lǐng)域普通4支術(shù)人員可以理解實現(xiàn)上述方法實施例的全部或部 分步驟可以通過程序指令相關(guān)的硬件來完成，前述的程序可以存儲于 一計算機可讀取存儲介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時，執(zhí)行包括上述方法實 施例的步驟；而前述的存儲介質(zhì)包括ROM、 RAM、磁碟或者光盤 等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。
如圖7為本發(fā)明半分布式資源分配系統(tǒng)的一實施例的結(jié)構(gòu)示意 圖。在本發(fā)明中包括第一信道狀態(tài)獲取模塊71、第一資源分配模塊72、 第二信道狀態(tài)獲取模塊81和第二資源分配模塊82。其中，第一信道狀態(tài)獲取模塊71設(shè)于基站BS 7內(nèi)，用于獲得直傳用戶d-MS 6反饋 的直傳鏈路的信道狀態(tài)信息、中繼站RS 8反饋的第一跳鏈路的信道狀 態(tài)信息和中繼站RS 8預(yù)估的第二跳鏈路的平均速率信息。
第一資源分配模塊72設(shè)于基站BS 7內(nèi)，用于根據(jù)直傳鏈路的信 道狀態(tài)信息、第一跳鏈路的信道狀態(tài)信息和平均速率信息將資源分配 給中繼站RS8和直傳用戶d-MS 6。
第二信道狀態(tài)獲取模塊81設(shè)于中繼站RS8內(nèi)，用于獲取中繼用 戶r-MS 9反饋的第二跳鏈路的信道狀態(tài)信息。第二資源分配模塊82 設(shè)于中繼站RS8內(nèi)，用于根據(jù)第二跳鏈路的信道狀態(tài)信息將已分配給 中繼站RS8的資源再分配給中繼用戶r-MS 9。
如圖8所示，為本發(fā)明半分布式資源分配系統(tǒng)的另一實施例的結(jié) 構(gòu)示意圖。與上一實施例相比，本實施例還包括平均速率預(yù)估模塊83， 該模塊設(shè)于中繼站RS 8內(nèi)，用于根據(jù)第二跳鏈路的信道狀態(tài)信息預(yù)估 第二跳鏈路的平均速率信息。
在上述實施例中，第一資源分配模塊72可以具體包括中繼站 整體分配單元，用于將所有中繼站視為整體中繼站，所迷基站將系統(tǒng) 資源分配給所述直傳用戶和整體中繼站；子載波預(yù)估單元，用于預(yù)估 各個中繼站為支持第二跳鏈路的傳輸所需的子載波數(shù)量；中繼站個體 分配單元，用于將已分配給所述整體中繼站的資源按照所述預(yù)估的子 載波數(shù)量成比例分配給各個中繼站。
所述第二資源分配模塊82具體包括子載波調(diào)整單元，用于依 據(jù)中繼用戶在第一跳鏈路的傳輸速率，根據(jù)中繼用戶反饋的第二跳鏈 路的信道狀態(tài)信息，調(diào)整子栽波分配以及各子載波上的功率來分配第 二跳鏈路的資源，以實現(xiàn)兩跳速率均衡。
最后應(yīng)當(dāng)說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而 非對其限制；盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解依然可以對本發(fā)明的具體實施方式
進(jìn) 行修改或者對部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案 的精神，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明請求保護(hù)的技術(shù)方案范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1、一種半分布式資源分配方法，包括以下步驟基站獲得直傳用戶反饋的直傳鏈路的信道狀態(tài)信息、中繼站反饋的第一跳鏈路的信道狀態(tài)信息和中繼站預(yù)估的第二跳鏈路的平均速率信息；基站根據(jù)所述直傳鏈路的信道狀態(tài)信息、第一跳鏈路的信道狀態(tài)信息和平均速率信息將資源分配給中繼站和直傳用戶；所述中繼站根據(jù)中繼用戶反饋的第二跳鏈路的信道狀態(tài)信息將已分配給中繼站的資源再分配給中繼用戶。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半分布式資源分配方法，其中在所述中繼站反饋第二跳鏈路的平均速率信息之前，還包括以下步驟所述中繼站接收中繼用戶反饋的第二跳鏈路的信道狀態(tài)信息，并根據(jù)所述第二跳鏈路的信道狀態(tài)信息預(yù)估所迷第二跳鏈路的平均速率信息。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的半分布式資源分配方法，其中所述預(yù)估第二跳鏈路的平均速率信息的操作具體為所述中繼站對中繼用戶在第二跳鏈路各個子載波上的信道信息進(jìn)行加權(quán)處理，預(yù)估出所述第二跳鏈路的平均速率信息。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半分布式資源分配方法，其中所述基站根據(jù)所述直傳鏈路的信道狀態(tài)信息、第一跳鏈路的信道狀態(tài)信息和平均速率信息將資源分配給中繼站和直傳用戶的操作具體包括將所有中繼站視為整體中繼站，所述基站將系統(tǒng)資源分配給所述直傳用戶和整體中繼站；根據(jù)所述第二跳鏈路的平均速率信息，所述基站預(yù)估各個中繼站為支持第二跳鏈路的傳輸所需的子載波數(shù)量，并將已分配給所述整體中繼站的資源按照所述預(yù)估的子載波數(shù)量成比例分配給各個中繼站。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的半分布式資源分配方法，其中所述將系統(tǒng)資源分配給所述直傳用戶和整體中繼站的操作具體為基站以滿足不同業(yè)務(wù)類型的最小傳輸速率需求為前提，最大化系統(tǒng)吞吐量為準(zhǔn)則，將資源分配給所述直傳用戶和整體中繼站。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的半分布式資源分配方法，其中所述將已分配給中繼站的資源再分配給中繼用戶的操作具體為所述中繼站依據(jù)中繼用戶在第一跳鏈路的傳輸速率，根據(jù)中繼用戶反饋的第二跳鏈路的信道狀態(tài)信息，調(diào)整子載波分配以及各子載波上的功率來分配第二跳鏈路的資源，以實現(xiàn)兩跳速率均衡。
7、 一種半分布式資源分配系統(tǒng)，包括第一信道狀態(tài)獲取模塊，設(shè)于基站內(nèi)，用于獲得直傳用戶反饋的直傳鏈路的信道狀態(tài)信息、中繼站反饋的第一跳鏈路的信道狀態(tài)信息和中繼站預(yù)估的第二跳鏈路的平均速率信息；第一資源分配模塊，設(shè)于基站內(nèi)，用于根據(jù)所述直傳鏈路的信道狀態(tài)信息、第一跳鏈路的信道狀態(tài)信息和平均速率信息將資源分配給中繼站和直傳用戶；第二信道狀態(tài)獲取模塊，設(shè)于中繼站內(nèi)，用于獲取中繼用戶反饋的第二跳鏈路的信道狀態(tài)信息；第二資源分配模塊，設(shè)于中繼站內(nèi)，用于根據(jù)所述第二跳鏈路的信道狀態(tài)信息將已分配給中繼站的資源再分配給中繼用戶。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的半分布式資源分配系統(tǒng)，其中還包括平均速率預(yù)估模塊，設(shè)于中繼站內(nèi)，用于根據(jù)所述第二跳鏈路的信道狀態(tài)信息預(yù)估所述第二跳鏈路的平均速率信息。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的半分布式資源分配系統(tǒng)，其中所述第一資源分配模塊具體包括中繼站整體分配單元，用于將所有中繼站視為整體中繼站，所述基站將系統(tǒng)資源分配給所述直傳用戶和整體中繼站；子載波預(yù)估單元，用于預(yù)估各個中繼站為支持第二跳鏈路的傳輸所需的子栽波數(shù)量；中繼站個體分配單元，用于將已分配給所述整體中繼站的資源按照所述預(yù)估的子載波數(shù)量成比例分配給各個中繼站。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的半分布式資源分配系統(tǒng)，其中所述第二資源分配模塊具體包括子載波調(diào)整單元，用于依據(jù)中繼用戶在第一跳鏈路的傳輸速率，根據(jù)中繼用戶反饋的第二跳鏈路的信道狀態(tài)信息，調(diào)整子載波分配以及各子載波上的功率來分配第二跳鏈路的資源，以實現(xiàn)兩跳速率均衡。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半分布式資源分配方法，包括以下步驟基站獲得直傳用戶反饋的直傳鏈路的信道狀態(tài)信息、中繼站反饋的第一跳鏈路的信道狀態(tài)信息和預(yù)估的第二跳鏈路的平均速率信息；基站根據(jù)上述信息將資源分配給中繼站和直傳用戶；中繼站根據(jù)中繼用戶反饋的第二跳鏈路的信道狀態(tài)信息將已分配給中繼站的資源再分配給中繼用戶。本發(fā)明還涉及一種半分布式資源分配系統(tǒng)。本發(fā)明根據(jù)中繼系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞确矫婢哂械奶攸c，將資源分配方法分解在兩個功能實體上分布實現(xiàn)，降低了中繼用戶第二跳信道狀態(tài)信息的反饋開銷與算法復(fù)雜度，有效地提升了網(wǎng)絡(luò)的用戶滿意率，保證了用戶在移動環(huán)境下的通信服務(wù)質(zhì)量，增強了系統(tǒng)吞吐量以及資源利用率。
文檔編號H04W72/00GK101505482SQ20091007846
公開日2009年8月12日 申請日期2009年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月23日
發(fā)明者俞欣旻, 彤 吳, 平 張, 瑩 王, 晶 黃 申請人:北京郵電大學(xué)