專利名稱：一種子載波及路由分配的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動通信領(lǐng)域，具體而言，本發(fā)明涉及一種子載波及路由分配的方法 和設(shè)備。
背景技術(shù)：
移動和寬帶成為現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展方向，第三代移動通信系統(tǒng)主要的特征是以 CDMA (Code Division Multiple Access，碼分多址接入)為核心技術(shù)形成的通信系統(tǒng)。在后 續(xù)的移動通信發(fā)展中，OFDMA(OrthogonalFrequency Division Multiple Access，正交頻分 多址接入)技術(shù)在B3G/4G (Beyond 3 Generation/4 Generation，超3代/4代)移動通信 系統(tǒng)技術(shù)中最受矚目。OFDMA 是 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiple，正交頻 分多址)技術(shù)的演進(jìn)，在利用OFDM對信道進(jìn)行子載波化后，在部分子載波上加載傳輸數(shù)據(jù) 的傳輸技術(shù)。OFDMA技術(shù)與OFDM技術(shù)相比，每個(gè)用戶可以選擇信道條件較好的子信道進(jìn)行 數(shù)據(jù)傳輸，而不像OFDM技術(shù)在整個(gè)頻帶內(nèi)發(fā)送，從而保證了各個(gè)子載波都被對應(yīng)信道條件 較優(yōu)的用戶使用，獲得了頻率上的多用戶分集增益。OFDMA另一優(yōu)點(diǎn)對抗多路徑的效應(yīng)。在 OFDMA系統(tǒng)中各個(gè)子信道的載波相互正交，不但減小了子載波間的相互干擾，而且子載波可 以獨(dú)立地分配給各個(gè)用戶，使無線頻譜得到充分地利用。因此，中繼網(wǎng)絡(luò)和OFDMA相結(jié)合合 理分配子載波資源，將是未來移動通信技術(shù)的一種發(fā)展趨勢。盡管目前有大量的文獻(xiàn)研究傳統(tǒng)單跳OFDMA系統(tǒng)的子載波資源分配算法，例如基 于總發(fā)射功率最小化的MA (Margin Adaptive)問題，基于容量最大化的RA (Rate Adaptive) 問題等。但是直接把這些算法應(yīng)用到實(shí)時(shí)的多跳中繼系統(tǒng)存在諸多困難，因?yàn)榻Y(jié)合了 OFDM 技術(shù)的無線中繼系統(tǒng)的資源優(yōu)化分配問題變得更加復(fù)雜，有兩個(gè)問題需要解決1)路由選 擇問題，即用戶和中繼節(jié)點(diǎn)如何配對；2)資源分配問題，即為配對好的用戶和中繼節(jié)點(diǎn)如 何分配資源。因此有必要提出相應(yīng)的技術(shù)方案，以解決OFDMA系統(tǒng)中路由的選擇以及子載波資 源分配的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在至少解決上述技術(shù)缺陷之一，特別是解決OFDMA系統(tǒng)中路由的 選擇以及子載波資源分配的問題。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明一方面提出了 一種子載波及路由分配的方 法，包括以下步驟將路由、子載波及用戶組成的傳輸數(shù)據(jù)的三維矩陣(n，k，m), VkeK,meM,neN，M = {1,2,···,Λ/}為用戶集合，N = {1,2,···,TV}為子載波集合， K 二 {1,2,···，幻為OFDM收發(fā)機(jī)集合，k= 1代表基站，k = 2，...，K代表中繼節(jié)點(diǎn)；對每個(gè) 用戶，計(jì)算出最大數(shù)據(jù)傳輸速率的路徑k*，Cm =max{C，< ，…，^J,共M個(gè)最大數(shù) 據(jù)傳輸速率的路徑，其中弋為用戶m通過子載波η在路徑k上的數(shù)據(jù)傳輸率，將共匪個(gè)最 大數(shù)據(jù)傳輸速率路徑(m，k*)投影到平面Y上，在Y上把各個(gè)路徑映射到一個(gè)NXM維的
根據(jù)矩陣r對用戶進(jìn)行子載波及路由分配。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述弋的計(jì)算公式為
2’表示BS和用戶m直傳鏈路在子載波η上的數(shù)
據(jù)速率，、 分別表示通過中繼的用戶m在子載波η上第一跳、第二跳的數(shù)據(jù)速率。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述 的計(jì)算公式為
)所述^的
計(jì)算公式為C =X二丨2)所述的計(jì)算公式為+^fJ)其中，
h、Ki Λ 分別表示相應(yīng)鏈路的信道增益，/7“表示通過收發(fā)機(jī)k的用戶m在子載波η 上的發(fā)送功率，B為系統(tǒng)帶寬為，N0為高斯白噪聲功率譜密度。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，根據(jù)矩陣r對用戶進(jìn)行子載波及路由分配包括 對每一個(gè)子載波，在矩陣r中找出最大C所對應(yīng)的用戶，所述用戶能夠在所述子載 波上傳輸最多的比特?cái)?shù)，其最大數(shù)據(jù)傳輸率為〈，將所述子載波分配給所述用戶，所述用戶 的路由為矩陣r中所述子載波、收發(fā)機(jī)與所述用戶構(gòu)成的路徑。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，根據(jù)矩陣r對用戶進(jìn)行子載波及路由分配包括計(jì)算每個(gè)用戶分配到的總的數(shù)據(jù)傳輸率Rm，并與用戶的最小速率門限Cn作比較， 當(dāng)K > 時(shí)，將所述用戶多余的子載波及路由分配給/ m < /c"的用戶。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，將所述用戶多余的子載波及路由分配給& < 的用戶包 括將所有D Dmin的用戶的子載波通過代價(jià)函數(shù)乂 =紀(jì).,Π," ‘I進(jìn)行計(jì)算，
選出代價(jià)函數(shù)最小的子載波n，當(dāng)L ~r"k. m. > AmT時(shí)，將子載波η分配給用戶Hii,所述用戶Hii 的路由為矩陣r中所述子載波η、收發(fā)機(jī)與所述用戶Hii構(gòu)成的路徑，其中，nf表示分配到的 總的數(shù)據(jù)傳輸率大于其最小速率門限的用戶，Hii分配到的總的數(shù)據(jù)傳輸率小于其最小速率 門限的用戶，k*和k'分別是用戶1^和％占用子載波η時(shí)對應(yīng)矩陣r中映射的收發(fā)機(jī)。本發(fā)明另一方面還提出了一種子載波及路由分配設(shè)備，包括計(jì)算模塊、映射模塊 以及分配模塊，所述計(jì)算模塊用于計(jì)算每個(gè)用戶的最大數(shù)據(jù)傳輸速率的路徑k*， r"k,m=m^{rx"m,rl,...,rnKm} ^eK，所述最大數(shù)據(jù)傳輸速率的路徑k*為從路由、子載波及用 戶組成的傳輸數(shù)據(jù)的三維矩陣(n，k，m) Vk € K,m e Μ,η ε, M = {\,2,-·,Μ}% 用戶集合，]^ = {1，2，···，Λ^}為子載波集合， = 為OFDM收發(fā)機(jī)集合，k = 1代表基
站，k = 2，. . .，K代表中繼節(jié)點(diǎn)，C為用戶m通過子載波η在路徑k上的數(shù)據(jù)傳輸率；
所述映射模塊用于將匪個(gè)最大數(shù)據(jù)傳輸速率路徑(m，k*)投影到平面Y上，在Y
上把各個(gè)路徑映射到一個(gè)NXM維的矩陣r，‘
N NN
rk*\ rk*2 …rk*M
？所述分配模塊用于根據(jù)矩陣r對用戶進(jìn)行子載波及路由分配。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述計(jì)算模塊用于計(jì)算所述弋的計(jì)算公式為
丄min(Cc=)，k=2，...，KC= 2 ’ ’表示BS和用戶m直傳鏈路在子載波η上
心，k=1 c
的數(shù)據(jù)速率，<1、分別表示通過中繼的用戶m在子載波n上第一跳、第二跳的數(shù)
據(jù)速率，以及用于計(jì)算所述 的計(jì)算公式為‘ =^ 1^O + ；]^n ‘)所述μ的計(jì)算
公式為<i=々og“l(fā) +弋冗|2)所述々的計(jì)算公式為c:i =^log2O + P"k^BfJ)其中，
Km、Ki ^ 分別表示相應(yīng)鏈路的信道增益，冗，表示通過收發(fā)機(jī)k的用戶m在子載波η 上的發(fā)送功率，B為系統(tǒng)帶寬為，N0為高斯白噪聲功率譜密度。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述分配模塊根據(jù)矩陣r對用戶進(jìn)行子載波及路由分配包 括對每一個(gè)子載波，在矩陣r中找出最大弋所對應(yīng)的用戶，所述用戶能夠在所述子載 波上傳輸最多的比特?cái)?shù)，其最大數(shù)據(jù)傳輸率為C ,將所述子載波分配給所述用戶，所述用戶 的路由為矩陣中所述子載波、收發(fā)機(jī)與所述用戶構(gòu)成的路徑。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述分配模塊根據(jù)矩陣r對用戶進(jìn)行子載波及路由分配包 括通過所述計(jì)算模塊計(jì)算每個(gè)用戶分配到的總的數(shù)據(jù)傳輸率Rm，并與用戶的最小 速率門限〃7作比較，當(dāng)& > /C"時(shí)，所述分配模塊將所述用戶多余的子載波及路由分配給 & <&-的用戶。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述分配模塊根據(jù)矩陣r對用戶進(jìn)行子載波及路由分配還 包括所述計(jì)算模塊將所有Rm. > RT的用戶的子載波通過代價(jià)函數(shù)
(r" -f"
e" = 1 k’'m' 7進(jìn)行計(jì)算，選出代價(jià)函數(shù)最小的子載波n，當(dāng)D Dmin時(shí)，所述分 、 r"R .-r" . > Rm:n
, w jm k ,mm
配模塊將子載波η分配給用戶IV所述用戶Hii的路由為矩陣r中所述子載波η、收發(fā)機(jī)與所 述用戶Hii構(gòu)成的路徑，其中，nf表示分配到的總的數(shù)據(jù)傳輸率大于其最小速率門限的用戶， Hii表示分配到的總的數(shù)據(jù)傳輸率小于其最小速率門限的用戶，k*和k'分別是用戶m*和Hli
rk*M rk*M
2 2 丨)
1』r2s占用子載波η時(shí)對應(yīng)矩陣r中映射的收發(fā)機(jī)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述子載波及路由分配設(shè)備包括基站。根據(jù)本發(fā)明提出的技術(shù)方案，解決了 OFDMA系統(tǒng)中路由的選擇以及子載波資源分 配的問題。本發(fā)明提出的技術(shù)方案，把三維空間路由、子載波和用戶的資源分配問題映射到 二維平面子載波和用戶上，從而降低了計(jì)算復(fù)雜度。此外，本發(fā)明提出的技術(shù)方案的映射過 程無任何性能損失，并且映射操作包含了路由選擇過程。本發(fā)明提出的技術(shù)方案與傳統(tǒng)在 三維空間里的分配資源的方法相比，計(jì)算量進(jìn)一步降低，而且在二維平面上的子載波分配 方法也更加靈活，性能更好。本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。


本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖對實(shí)施例的描述中將變 得明顯和容易理解，其中圖1為兩跳OFDMA系統(tǒng)傳輸模型的示意圖；圖2為子載波分配的示意圖；圖3為OFDMA系統(tǒng)的三維空間模型的示意圖；圖4為子載波及路由分配方法的流程圖；圖5為子載波及路由分配設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。為了便于理解本發(fā)明，首先對本發(fā)明的原理作簡單介紹。本發(fā)明涉及的主要是兩 跳中繼系統(tǒng)的下行資源分配問題，系統(tǒng)模型如圖1所示。系統(tǒng)中有M個(gè)隨機(jī)分布的用戶，N 個(gè)子載波，K個(gè)OFDM收發(fā)機(jī)，其中，k = 1代表基站BS，k = 2，. . .，K代表中繼節(jié)點(diǎn)RS，中 繼節(jié)點(diǎn)RS采用譯碼轉(zhuǎn)發(fā)DF(DF)的方式通信。在本發(fā)明中，系統(tǒng)帶寬為B，高斯白噪聲功率 譜密度為N。。在本發(fā)明中，基站BS知道全部的下行信道的信息，并且BS和RS的傳輸是同 步的，用戶MS可以利用不同的子載波接收來自不同的OFDM收發(fā)機(jī)的信息，例如MSl (用戶 1)可以利用不同的子載波接收基站BS，RS1(中繼1)，RS2(中繼2)的信息。本發(fā)明采用中 心資源分配的模式，即基站BS為每個(gè)用戶執(zhí)行路由選擇和子載波的聯(lián)合分配。在本發(fā)明中兩跳鏈路的第一跳(BS-RS)和第二跳(RS-MS)時(shí)分的占用相同的子載 波，如圖2所示。例如MSl (用戶1)通過RSl (中繼1)與基站BS通信，同時(shí)子載波A分配 給這個(gè)端到端的鏈路，于是子載波A被鏈路BS-RSl和鏈路RSl-MSl時(shí)分的復(fù)用。在本發(fā)明中定義以下符號 &表示用戶集合，M = {1，2，…,Μ};內(nèi)表示子載波集合，& = O，2，…,；
玟表示OFDM收發(fā)機(jī)集合，& 二 {U，…，K},k = 1代表基站，k = 2，. . .，K代表中 繼；表示子載波η是否被通過收發(fā)機(jī)k的用戶m占用的標(biāo)識，1表示被占用，否則為 0 ；凡", 表示通過收發(fā)機(jī)k的用戶m在子載波η上的發(fā)送功率；Km , < 分別表示直傳鏈路，即BS和用戶m直接相連，k= 1，在子載波η上的信 道增益和數(shù)據(jù)速率；( Ki , Kl ) , , 令別表示通過中繼的用戶m相連，k = 2，· · ·，K，在
子載波η上第一跳和第二跳的信道增益和數(shù)據(jù)速率。那么，選擇通過收發(fā)機(jī)k的用戶m在子載波η上的端到端的速率< 為
j^min{c；;,^)} k=2，...，Krk,m = i 2
c"Kmk=l .
，
Γπ 補(bǔ)丄"1 Β 1 Π , Λ" m I Ki Ι\ η BP I K'2 I2 , B η , Pin, I、其中 ，<.:和‘，
1/2表示中繼鏈路由于兩跳正交傳輸所造成的系統(tǒng)頻譜效率的降低。此外，保證用戶最小速率限制的系統(tǒng)容量最大化問題可以描述為max ΣΣΣΑ>二
m k ηs.t. plm e{0,l} Vk e K,m e Μ,η e N (a.l)Σ Σ/C=1 VneN(a·2)
m kΣΣ AnXJ C" VmEM (a.3) ■上述問題是一個(gè)非線性整數(shù)優(yōu)化問題，限制條件(a. 2)保證了一個(gè)子載波只能被 一個(gè)用戶的一條路徑所占用，即網(wǎng)絡(luò)中不存在共享子載波的情況。為了簡化處理，在每個(gè)子 載波上執(zhí)行平均功率分配(Λ". =Const ),上述問題轉(zhuǎn)化為線性整數(shù)規(guī)劃問題。把上述問題抽象到矩陣[子載波n，路徑k，用戶m]中，矩陣中的元素表示用戶在 對應(yīng)的子載波和路徑上的數(shù)據(jù)速率因此，上述優(yōu)化問題可以看作在三維空間(n，k，m)
ο
上尋找最優(yōu)解，其抽象的三維空間如圖3所示。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明之目的，本發(fā)明一方面提出了一種子載波及路由分配的 方法，包括以下步驟將路由、子載波及用戶組成的傳輸數(shù)據(jù)的三維矩陣(n，k， m), VkeK,meM,neN 5Μ = {152,··.,Μ} % ffl 戶集合，& = {1,2，··.,V}為子載波集合， Κ = {1,2，···，/0為OFDM收發(fā)機(jī)集合，k= 1代表基站，k = 2，...，K代表中繼節(jié)點(diǎn)；對每個(gè) 用戶，計(jì)算出最大數(shù)據(jù)傳輸速率的路徑ΡΛ； 二 maxK，^··，^} ,VA* e K ,共M個(gè)最大數(shù) 據(jù)傳輸速率的路徑，其中^>為用戶m通過子載波η在路徑k上的數(shù)據(jù)傳輸率，將共匪個(gè)最 大數(shù)據(jù)傳輸速率路徑(m，k*)投影到平面Y上，在面Y上把各個(gè)路徑映射到一個(gè)NXM維說明書
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的矩陣r，
N N rk*\ rk*2
N rk*M
MxM如圖4所示，為本發(fā)明方法的流程圖，包括以下步驟SlOl 將路由、子載波及用戶組成傳輸數(shù)據(jù)的三維矩陣。在步驟SlOl中，把資源分配的問題抽象到矩陣[子載波n，路徑k，用戶m]中，以 三維矩陣(n，k，m)表示[子載波n，路徑k，用戶m]。在本發(fā)明中，選定了 OFDM收發(fā)機(jī)k，也 即是選定了特定的路由路徑，因此，在本發(fā)明中，路徑k的含義是用戶m選擇子載波η通過 OFDM收發(fā)機(jī)k發(fā)送信息的路徑。S102 對三維矩陣上的最大數(shù)據(jù)傳輸速率路徑映射到二維矩陣。在步驟S102中，對每個(gè)用戶，計(jì)算出最大數(shù)據(jù)傳輸速率的路徑k*， r;m=max{r,;,r2"w,...,r;m},因此一共有M個(gè)最大數(shù)據(jù)傳輸速率的路徑，如圖3所示， 在平面β n即圖3中m、k坐標(biāo)軸方向構(gòu)成的平面上，對每個(gè)m都有且僅有一個(gè)最優(yōu)的k*與 之對應(yīng)，共M個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)對應(yīng)最大數(shù)據(jù)傳輸速率的路徑。三維空間中共有N個(gè)β面，將共匪個(gè)最大數(shù)據(jù)傳輸速率點(diǎn)(m，k*)投影到平面Y 上，即圖3中的m、η坐標(biāo)軸平面。在γ上，把映射的各個(gè)點(diǎn)用一個(gè)NXM維的矩陣r表示:
其中矩陣r中的元素代表用戶m占用子載波η通過最
根據(jù)矩陣r對用戶進(jìn)行子載波及路由分配。
V ^1
NxM
優(yōu)路由k*上的傳輸速率。通過上述映射，把三維空間中的KNM個(gè)元素壓縮到面γ上的NM 個(gè)元素，資源分配算法的操作在Y上進(jìn)行。
在步驟S102中，計(jì)算弋的計(jì)算公式為
表示BS和用戶m直傳鏈路在子載波η上的數(shù)
據(jù)速率，d、分別表示通過中繼的用戶m在子載波η上第一跳、第二跳的數(shù)據(jù)速率。
進(jìn)一步而言， 的計(jì)算公式為C=Ilt^O+ ^g；·； ) 」的計(jì)算公式為
的計(jì)算公式為<
別表示相應(yīng)鏈路的信道增益，凡" 表示通過收發(fā)機(jī)k的用戶m在子載波η上的發(fā)送功率，B 為系統(tǒng)帶寬為，N0為高斯白噪聲功率譜密度。S103 對映射后的二維矩陣進(jìn)行子載波及路由分配。通過步驟S102的操作，實(shí)際上是已經(jīng)為系統(tǒng)提供了一種實(shí)現(xiàn)最大數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁Y 源分配方案，包括子載波和路由或收發(fā)機(jī)的分配，矩陣r中的元素< 代表用戶m占用子載波η通過最優(yōu)路由k*上的傳輸速率，且^^為計(jì)算后最大的傳輸速率。因此，對每一個(gè)子載波，在矩陣r中找出最大C所對應(yīng)的用戶，所述用戶能夠在所 述子載波上傳輸最多的比特?cái)?shù)，其最大數(shù)據(jù)傳輸率為< ,將所述子載波分配給所述用戶，所 述用戶的路由為矩陣r中所述子載波、收發(fā)機(jī)與所述用戶構(gòu)成的路徑。此外，為了體現(xiàn)系統(tǒng)的公平性，即能為更多的用戶提供服務(wù)而不是僅僅為信道條 件最好的用戶服務(wù)，根據(jù)矩陣r對用戶進(jìn)行子載波及路由分配還可以包括以下方案計(jì)算每個(gè)用戶分配到的總的數(shù)據(jù)傳輸率Rm，并與用戶的最小速率門限《“作比較， 當(dāng)& > /Cn時(shí)，將所述用戶多余的子載波及路由分配給/ m < /？‘“的用戶。進(jìn)一步而言，將所述用戶多余的子載波及路由分配給& < 的用戶包括以下方 案將所有in的用戶的子載波通過代價(jià)函數(shù)< =J進(jìn)行計(jì)算，
選出代價(jià)函數(shù)最小的子載波η，當(dāng)~r"k. m. > AJ1時(shí)，將子載波η分配給用戶Hi1，所述用戶Hi1 的路由為矩陣r中所述子載波η、收發(fā)機(jī)與所述用戶Hi1構(gòu)成的路徑，其中，nf表示分配到的 總的數(shù)據(jù)傳輸率大于其最小速率門限的用戶，Hi1分配到的總的數(shù)據(jù)傳輸率小于其最小速率 門限的用戶，k*和k'分別是用戶!^和叫占用子載波η時(shí)對應(yīng)矩陣r中映射的收發(fā)機(jī)。在上述實(shí)施例中，使用代價(jià)函數(shù)把高速率用戶占用的多余子載波分配給尚不滿足 最小速率門限要求的用戶，同時(shí)最優(yōu)路徑也發(fā)生改變，分配原則仍然是吞吐量最大化。代價(jià) 函數(shù)與總體吞吐量的減少量成正比，與用戶數(shù)據(jù)速率的增加量成反比。顯然，應(yīng)該把用戶m* 占用的多余子載波η分配給代價(jià)函數(shù)最小的用戶m，同時(shí)最佳路徑也由k*變?yōu)閗'。進(jìn)行 再次分配時(shí)，如果把某一個(gè)用戶的子載波分配給其他用戶后，該用戶的最小速率門限要求 不能滿足，就不進(jìn)行這次分配；另外，在重新分配子載波的方案中還可以考慮保證進(jìn)行再次 分配的用戶盡量少，這樣有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定。本發(fā)明提出的上述方法，解決了 OFDMA系統(tǒng)中路由的選擇以及子載波資源分配的 問題。根據(jù)本發(fā)明提出的上述方法，把三維空間路由、子載波和用戶的資源分配問題映射到 二維平面子載波和用戶上，從而降低了計(jì)算復(fù)雜度。此外，本發(fā)明提出的上述方法的映射過 程無任何性能損失，并且映射操作包含了路由選擇過程。本發(fā)明提出的上述方法與傳統(tǒng)在 三維空間里的分配資源的方法相比，計(jì)算量進(jìn)一步降低，而且在二維平面上的子載波分配 方法也更加靈活，性能更好。本發(fā)明另一方面還提出了一種子載波及路由分配設(shè)備100，如圖5所示，為子載波 及路由分配設(shè)備100的結(jié)構(gòu)示意圖，包括計(jì)算模塊110、映射模塊120以及分配模塊130。其中，計(jì)算模塊110用于計(jì)算每個(gè)用戶的最大數(shù)據(jù)傳輸速率的路徑k*， r;m=max{r;m,<m,...,r;m} ^eK，最大數(shù)據(jù)傳輸速率的路徑k*為從路由、子載波及用戶組 成的傳輸數(shù)據(jù)的三維矩陣(n, k，m) ▽1^良1^對，116&中選取，其中，似={1，2,".,似}為用戶 集合，& = 2，···,#}為子載波集合，它={1，2,…，幻為OFDM收發(fā)機(jī)集合，k= 1代表基站，k =2，. . .，K代表中繼節(jié)點(diǎn)，C為用戶m通過子載波η在路徑k上的數(shù)據(jù)傳輸率；映射模塊120用于將NM個(gè)最大數(shù)據(jù)傳輸速率路徑(m，k*)投影到平面Y上，在Y 上把各個(gè)路徑映射到一個(gè)NXM維的矩陣r， 分配模塊130用于根據(jù)矩陣r對用戶進(jìn)行子載波及路由分配。作為上述設(shè)備的實(shí)施例，計(jì)算模塊110用于計(jì)算<的計(jì)算公式為
2 ’ ’表示BS和用戶m直傳鏈路在子載波η
上的數(shù)據(jù)速率，<i、分別表示通過中繼的用戶m在子載波η上第一跳、第二跳的 數(shù)據(jù)速率，以及用于計(jì)算 的計(jì)算公式為^的計(jì)算公式為
分別表示相應(yīng)鏈路的信道增益，Λ", 表示通過收發(fā)機(jī)k的用戶m在子載波η上的發(fā)送功率， B為系統(tǒng)帶寬為，N0為高斯白噪聲功率譜密度。作為上述設(shè)備的實(shí)施例，分配模塊130根據(jù)矩陣r對用戶進(jìn)行子載波及路由分配 包括對每一個(gè)子載波，在矩陣r中找出最大C所對應(yīng)的用戶，用戶能夠在子載波上傳 輸最多的比特?cái)?shù)，其最大數(shù)據(jù)傳輸率為C，將子載波分配給用戶，用戶的路由為矩陣中子載 波、收發(fā)機(jī)與用戶構(gòu)成的路徑。作為上述設(shè)備的實(shí)施例，分配模塊130根據(jù)矩陣r對用戶進(jìn)行子載波及路由分配 包括通過計(jì)算模塊110計(jì)算每個(gè)用戶分配到的總的數(shù)據(jù)傳輸率Rm，并與用戶的最小速 率門限KTn作比較，當(dāng)K > /Cm時(shí)，分配模塊130將用戶多余的子載波及路由分配給丨< Rr 的用戶。作為上述設(shè)備的實(shí)施例，分配模塊130根據(jù)矩陣r對用戶進(jìn)行子載波及路由分配 還包括計(jì)算模塊110將所有Rj > RT的用戶的子載波通過代價(jià)函數(shù)
<A’'m'j進(jìn)行計(jì)算，選出代價(jià)函數(shù)最小的子載波n，當(dāng) — ρ目時(shí)，分配模
±夬130將子載波η分配給用戶IV用戶Hii的路由為矩陣r中子載波η、收發(fā)機(jī)與用戶Hii構(gòu) 成的路徑，其中，nf表示分配到的總的數(shù)據(jù)傳輸率大于其最小速率門限的用戶，Hli表示分配 到的總的數(shù)據(jù)傳輸率小于其最小速率門限的用戶，k*和k'分別是用戶1^和％占用子載波 η時(shí)對應(yīng)矩陣r中映射的收發(fā)機(jī)。 顯然，本發(fā)明提出的上述子載波及路由分配設(shè)備，在現(xiàn)實(shí)的網(wǎng)絡(luò)中可以以多種形 式體現(xiàn)，本發(fā)明提出的子載波及路由分配設(shè)備包括但不限于基站BS。 本發(fā)明提出的上述設(shè)備，解決了 OFDMA系統(tǒng)中路由的選擇以及子載波資源分配的 問題。根據(jù)本發(fā)明提出的上述設(shè)備，把三維空間路由、子載波和用戶的資源分配問題映射到 二維平面子載波和用戶上，從而降低了計(jì)算復(fù)雜度。此外，本發(fā)明提出的上述設(shè)備的映射過 程無任何性能損失，并且映射操作包含了路由選擇過程。本發(fā)明提出的上述設(shè)備與傳統(tǒng)在 三維空間里的分配資源相比，計(jì)算量進(jìn)一步降低，而且在二維平面上的子載波分配也更加 靈活，性能更好。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種子載波及路由分配的方法，其特征在于，包括以下步驟將路由、子載波及用戶組成的傳輸數(shù)據(jù)的三維矩陣(n，k，m)，為用戶集合，為子載波集合，為OFDM收發(fā)機(jī)集合，k＝1代表基站，k＝2，...，K代表中繼節(jié)點(diǎn)；對每個(gè)用戶，計(jì)算出最大數(shù)據(jù)傳輸速率的路徑k*，共M個(gè)最大數(shù)據(jù)傳輸速率的路徑，其中為用戶m通過子載波n在路徑k上的數(shù)據(jù)傳輸率，將共NM個(gè)最大數(shù)據(jù)傳輸速率路徑(m，k*)投影到平面γ上，在γ上把各個(gè)路徑映射到一個(gè)N×M維的矩陣r，根據(jù)矩陣r對用戶進(jìn)行子載波及路由分配。F2009100869406C0000011.tif,F2009100869406C0000012.tif,F2009100869406C0000013.tif,F2009100869406C0000014.tif,F2009100869406C0000015.tif,F2009100869406C0000016.tif,F2009100869406C0000017.tif
2.如權(quán)利要求1所述的子載波及路由分配的方法，其特征在于，所述C的計(jì)算公式為-mm{cli,cfm), k=2，...,KC= 2 ’ ’表示BS和用戶m直傳鏈路在子載波η上的數(shù)據(jù)速，k=l “ ν->ktm率，、 分別表示通過中繼的用戶m在子載波η上第一跳、第二跳的數(shù)據(jù)速率。
3.如權(quán)利要求2所述的子載波及路由分配的方法，其特征在于，所述的計(jì)算公式為=^°gAl + PkNB/N )所述一的計(jì)算公式為C 10幼+所述 ,2的計(jì)算公0J^k,m0，k,mDpn I h"’2 I2式為O妒og』+)其中，辦“γ，2分別表示相應(yīng)鏈路的信道增益，γ表示0，k,tn 、 k ,/n 、 k ,mPk m通過收發(fā)機(jī)k的用戶m在子載波η上的發(fā)送功率，B為系統(tǒng)帶寬為，Ntl為高斯白噪聲功率譜也/又。
4.如權(quán)利要求1所述的子載波及路由分配的方法，其特征在于，根據(jù)矩陣r對用戶進(jìn)行 子載波及路由分配包括對每一個(gè)子載波，在矩陣r中找出最大弋所對應(yīng)的用戶，所述用戶能夠在所述子載波上 傳輸最多的比特?cái)?shù)，其最大數(shù)據(jù)傳輸率為C ,將所述子載波分配給所述用戶，所述用戶的路 由為矩陣r中所述子載波、收發(fā)機(jī)與所述用戶構(gòu)成的路徑。
5.如權(quán)利要求4所述的子載波及路由分配的方法，其特征在于，根據(jù)矩陣r對用戶進(jìn)行 子載波及路由分配包括計(jì)算每個(gè)用戶分配到的總的數(shù)據(jù)傳輸率Rm，并與用戶的最小速率門限/C作比較，當(dāng) Rm > Γ時(shí)，將所述用戶多余的子載波及路由分配給& < 的用戶。
6.如權(quán)利要求5所述的子載波及路由分配的方法，其特征在于，將所述用戶多余的子 載波及路由分配給& < ZCin的用戶包括M M Ir^ 2』2 2 丨 r2i丨S 2J⑴2將所有D Dminw用戶的子載波通過代價(jià)函數(shù)進(jìn)行計(jì)算，選出 代價(jià)函數(shù)最小的子載波n，當(dāng)_r;.’m, > A1T時(shí)，將子載波η分配給用戶Hii,所述用戶Hii的 路由為矩陣r中所述子載波η、收發(fā)機(jī)與所述用戶Hii構(gòu)成的路徑，其中，nf表示分配到的總 的數(shù)據(jù)傳輸率大于其最小速率門限的用戶，Hii分配到的總的數(shù)據(jù)傳輸率小于其最小速率門 限的用戶，k*和k'分別是用戶1^和％占用子載波η時(shí)對應(yīng)矩陣r中映射的收發(fā)機(jī)。
7. 一種子載波及路由分配設(shè)備，其特征在于，包括計(jì)算模塊、映射模塊以及分配模塊， 所述計(jì)算模塊用于計(jì)算每個(gè)用戶的最大數(shù)據(jù)傳輸速率的路徑k*， d =max{C，C，…，，V^eK，所述最大數(shù)據(jù)傳輸速率的路徑k*為從路由、子載波及 用戶組成的傳輸數(shù)據(jù)的三維矩陣(n，k，m) VkeK,meM,neN^ ^^,M = {l,2,---,M} 為用戶集合，& = {1,2，···,7ν}為子載波集合，它二化二…，幻為OFDM收發(fā)機(jī)集合，k= 1代表 基站，k = 2，. . .，K代表中繼節(jié)點(diǎn)，C .為用戶m通過子載波η在路徑k上的數(shù)據(jù)傳輸率； 所述映射模塊用于將匪個(gè)最大數(shù)據(jù)傳輸速率路徑(m，k*)投影到平面Y上，在Y上把各個(gè)路徑映射到一個(gè)NXM維的矩陣 所述分配模塊用于根據(jù)矩陣r對用戶進(jìn)行子載波及路由分配。
8.如權(quán)利要求7所述的子載波及路由分配設(shè)備，其特征在于，所述計(jì)算模塊用于計(jì)算 所述弋的計(jì)算公式為 ’表示BS和用戶m直傳鏈路在子載波η上的數(shù)據(jù)速率，<i、分別表示通過中繼的用戶m在子載波η上第一跳、第二跳的數(shù)據(jù) 速率，以及用于計(jì)算所述 的計(jì)算公式為 所述 」的計(jì)算公 式為<>χ\，:、所述一的計(jì)算公式為C =^S2O + Pl； )其中， 分別表示相應(yīng)鏈路的信道增益， ？二表示通過收發(fā)機(jī)k的用戶m在子載波η 上的發(fā)送功率，B為系統(tǒng)帶寬為，N0為高斯白噪聲功率譜密度。
9.如權(quán)利要求7所述的子載波及路由分配設(shè)備，其特征在于，所述分配模塊根據(jù)矩陣r 對用戶進(jìn)行子載波及路由分配包括對每一個(gè)子載波，在矩陣r中找出最大C所對應(yīng)的用戶，所述用戶能夠在所述子載波上 傳輸最多的比特?cái)?shù)，其最大數(shù)據(jù)傳輸率為< ,將所述子載波分配給所述用戶，所述用戶的路 由為矩陣中所述子載波、收發(fā)機(jī)與所述用戶構(gòu)成的路徑。
10.如權(quán)利要求7所述的子載波及路由分配設(shè)備，其特征在于，所述分配模塊根據(jù)矩陣r對用戶進(jìn)行子載波及路由分配包括通過所述計(jì)算模塊計(jì)算每個(gè)用戶分配到的總的數(shù)據(jù)傳輸率Rm，并與用戶的最小速率門 限凡胃作比較，當(dāng)、> f時(shí)，所述分配模塊將所述用戶多余的子載波及路由分配給& < R'" 的用戶。
11.如權(quán)利要求10所述的子載波及路由分配設(shè)備，其特征在于，所述分配模塊根據(jù)矩 陣r對用戶進(jìn)行子載波及路由分配還包括所述計(jì)算模塊將所有 D min的用戶的子載波通過代價(jià)函數(shù)一 =("η"')進(jìn)K . > K ,r/!mm* . m 行計(jì)算，選出代價(jià)函數(shù)最小的子載波η，當(dāng)Rm, -< v > ^T時(shí)，所述分配模塊將子載波η分配 給用戶IV所述用戶Hii的路由為矩陣r中所述子載波η、收發(fā)機(jī)與所述用戶Hii構(gòu)成的路徑， 其中，nf表示分配到的總的數(shù)據(jù)傳輸率大于其最小速率門限的用戶，Hli表示分配到的總的 數(shù)據(jù)傳輸率小于其最小速率門限的用戶，k*和k'分別是用戶!!^和叫占用子載波η時(shí)對應(yīng) 矩陣r中映射的收發(fā)機(jī)。
12.如權(quán)利要求7至11任意之一所述的子載波及路由分配設(shè)備，其特征在于，所述子載 波及路由分配設(shè)備包括基站。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種子載波及路由分配的方法，包括以下步驟將路由、子載波及用戶組成的傳輸數(shù)據(jù)的三維矩陣(n，k，m)，將三維矩陣映射到一個(gè)N×M維的矩陣r；根據(jù)矩陣r對用戶進(jìn)行子載波及路由分配。本發(fā)明還提出了一種子載波及路由分配的設(shè)備。本發(fā)明提出的技術(shù)方案，解決了OFDMA系統(tǒng)中路由的選擇以及子載波資源分配的問題。本發(fā)明提出的技術(shù)方案，把三維空間路由、子載波和用戶的資源分配問題映射到二維平面子載波和用戶上，與傳統(tǒng)在三維空間里的分配資源的方法相比，計(jì)算量進(jìn)一步降低，而且在二維平面上的子載波分配方法也更加靈活，性能更好。
文檔編號H04W40/12GK101925150SQ200910086940
公開日2010年12月22日 申請日期2009年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月11日
發(fā)明者呂鐵軍, 王東昊, 龔萍 申請人:大唐移動通信設(shè)備有限公司