Mimo-ofdma系統(tǒng)的資源分配方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種MIMO-OFDMA系統(tǒng)的資源分配方法，在子載波分配中，先將子載波進(jìn)行分塊，然后依次為每個(gè)用戶分配首個(gè)子載波塊，在分配時(shí)選擇用戶在該子載波塊中所有子載波上的信道增益特征值之和最大的子載波塊，采用簡(jiǎn)化的用戶容量計(jì)算公式得到用戶容量，然后依次選擇容量最小的用戶分配剩下的子載波塊并更新用戶容量，直到分配完畢；在功率分配中，首先得到用戶1的功率，然后根據(jù)公平因子等參數(shù)計(jì)算得到其他用戶的功率，最后對(duì)每個(gè)用戶的功率進(jìn)行再分配。本發(fā)明在充分考慮用戶間的公平性和系統(tǒng)總功率的限制的前提下，在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)容量最大化的同時(shí)減少計(jì)算復(fù)雜度。
【專利說(shuō)明】MIMO-OFDMA系統(tǒng)的資源分配方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于MIM0-0FDMA系統(tǒng)的資源分配【技術(shù)領(lǐng)域】，更為具體地講，涉及一種 MIM0-0FDMA系統(tǒng)的資源分配方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在過(guò)去的十年中，實(shí)現(xiàn)高速通信和高容量通信的需求變得越來(lái)越迫切。將 OFMDA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access，正交頻分多址）技術(shù)和 MIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多輸入多輸出）技術(shù)有效的結(jié)合起來(lái)可以很好 的解決這個(gè)問(wèn)題。0FDMA技術(shù)是基于OFDM技術(shù)提出來(lái)的一種無(wú)線通信接入方式，在未來(lái) 的無(wú)線通信系統(tǒng)中，0FDMA技術(shù)是最被看好的備選技術(shù)之一，這是因?yàn)?FDMA技術(shù)可以輕 松獲得高傳輸速率并且具有靈活的資源分配方式。使用MM0技術(shù)可以帶來(lái)分集增益和復(fù) 用增?，從而遺夠大量的提尚ΜΙΜΟ-0FDMA系統(tǒng)的容量。對(duì)于下一代無(wú)線通信系統(tǒng)，例如 LTE，將0FDMA技術(shù)和ΜΙΜΟ技術(shù)結(jié)合起來(lái)的方案，已經(jīng)成為了最重要的備選技術(shù)。大部分 MIM0-0FDMA系統(tǒng)的資源調(diào)度算法的研究人員都在想方設(shè)法地提高系統(tǒng)容量，但是相應(yīng)地也 會(huì)增加資源調(diào)度的計(jì)算復(fù)雜度。如何在減少計(jì)算復(fù)雜度的同時(shí)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)容量的最大化，是 當(dāng)前MIM0-0FDMA的一個(gè)重要問(wèn)題。
[0003]在文獻(xiàn) G_Li，and H. Liu, " On the Optimality of Downlink 0FDMA ΜΙΜΟ Systems, win Proc. Signals, Systems and Computers Conf, vol. 1, Nov. 2004, PP. 324-328. 中，作者提出了兩個(gè)次優(yōu)算法標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)用在子載波分配算法中能夠很好的減少系統(tǒng)的計(jì) 算復(fù)雜度，但是這個(gè)策略并沒(méi)有考慮用戶間的公平性。在文獻(xiàn)Z. Shen，J. G. Andrews, and B. L.Evans, wAdaptive Resource Allocation in Multiuser OFDM Systems With Proportional Rate Constraints, "IEEE Trans, wireless 中，作者考慮了用戶間的公平性 并將系統(tǒng)資源分配分成功率分配和子載波分配用以減少系統(tǒng)的計(jì)算復(fù)雜度，但是該文獻(xiàn)只 考慮了多用戶SIS0-0FDM系統(tǒng)的情況。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種MIM0-0FDMA系統(tǒng)的資源分配 方法，在充分考慮用戶間的公平性和系統(tǒng)總功率的限制的前提下，在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)容量最大化 的同時(shí)減少計(jì)算復(fù)雜度。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明MIM0-0FDMA系統(tǒng)的資源分配方法，包括以下步驟：
[0006] S1 :子載波分配： >
[0007] SI. 1 :將系統(tǒng)中N個(gè)子載波分成Y個(gè)子載波塊，Y >> M，Μ表示系統(tǒng)中用戶數(shù)量， 每個(gè)子載波塊有L個(gè)相鄰子載波； >
[0008] S1. 2 :設(shè)置每個(gè)用戶的容量S" = 0, m的取值范圍為in = 1，2...，Μ，初始化分配給 每個(gè)用戶的子載波塊集合識(shí)m =0 ,待分配子載波塊集合A== U，2，···，" ；
[0009] SI. 3 :為每個(gè)用戶分配首個(gè)子載波塊，具體包括以下步驟：
[0010] SI. 3· 1 :令用戶序號(hào) m = 1 ;
[0011] si. 3. 2 :對(duì)于子載波塊集合中Α中的每個(gè)子載波塊，計(jì)算^ y p^y^fUX fct ' 表示子載波塊的序號(hào)，取值范圍為y二1，2...，Υ，表示用戶m在子載波塊y中的子載波 η上的信道增益矩陣hm，y，n的秩；筆#表示矩陣/^^#的特征值，i的取值范圍為i = 1，2···, Μ^，η ;選擇最大值對(duì)應(yīng)的子載波塊j);
[0012] S1. 3· 3 :令$ 4= 并且計(jì)算用戶 m 容量 Sm， 容量計(jì)算公式為：
[0013]

【權(quán)利要求】
1. 一種MIMO-OFDMA系統(tǒng)的資源分配方法，其特征在于，包括以下步驟： 51 :子載波分配： SI. 1 :將系統(tǒng)中N個(gè)子載波分成Y個(gè)子載波塊，Y>>M，M表示系統(tǒng)中用戶數(shù)量，每個(gè) 子載波塊有L個(gè)相鄰子載波； SI. 2 :設(shè)置每個(gè)用戶的容量Sm = 0,m的取值范圍為m= 1，2···，M，初始化分配給每個(gè) 用戶的子載波塊集合=0,待分配子載波塊集合A= {1，2,. . .，Y}; SI. 3:為每個(gè)用戶分配首個(gè)子載波塊，具體包括以下步驟： SI. 3. 1 :令用戶序號(hào)m= 1 ; yLVM S1.3.2:對(duì)于子載波塊集合中A中的每個(gè)子載波塊，計(jì)算 ΠΠ； ^ ^ p"{yJf/.M/-I 示子載波塊的序號(hào)，取值范圍為y= 1，2···，Y，M1^n表示用戶m在子載波塊y中的子載波η上的信道增益矩陣hm^n的秩；表示矩陣的特征值，i的取值范圍為i= 1，2···，Mm，y，n ;選擇最大值對(duì)應(yīng)的子載波塊V; 31.3.3:令〇" = 0.11{對(duì)，4，廣1,^ =』-{，},計(jì)算用戶111容量5111，容量計(jì)算公式為：
其中，Pmiy是子載波塊標(biāo)識(shí)符，若標(biāo)識(shí)符的值為1，表示子載波塊y已經(jīng)被用戶m所占 用，若標(biāo)識(shí)符的值為〇,表示子載波塊y沒(méi)有被用戶m所占用；B表示系統(tǒng)中的可用帶寬； Vm;y;n表示用戶m在子載波塊y中的子載波η上的功率；σ2表示每個(gè)子載波的噪聲功率； SI. 3. 4 :判斷是否m=Μ，如果是，進(jìn)入步驟SI. 4,如果不是，進(jìn)入步驟SI. 3. 5 ; SL3. 5 :令m=m+1，返回步驟 3. 2。 SI. 4:分配剩余子載波塊，具體包括以下步驟： SI. 4. 1:判斷當(dāng)前待分配子載波塊集合A是否為空，如果是，子載波塊分配結(jié)束，如果 不是進(jìn)入步驟SI. 4. 2; SI. 4. 2 :選擇M個(gè)用戶中Sm/Ym值最小的用戶Λ; yL· ^m,y,η SI. 4. 3 :對(duì)于用戶Λ?計(jì)算f] Α,Ι.,,,選擇最大值對(duì)應(yīng)的子載波塊f; p~iyI)·/.πy::::1 51. 4· 4 :$ΩΑ =Ω?Um, = 1，」=」-,并且根據(jù)步驟SI. 3· 3 中的 容量計(jì)算公式更新·^，返回步驟SI. 4. 1。 52 :功率分配 52. 1 :根據(jù)以下公式求解得到用戶1的功率Vlittrt :
En^m= 1，2···，Μ表示子載波塊集合Ωπ中所有子載波的信道噪聲增益最小 值，Nm表示子載波塊集合Ωπ中的子載波數(shù)量，^表示預(yù)設(shè)的用戶m的公平因子， , 1 1 / JV?-* \\! ψη>= ; =2nmjJ S2. 2 :根據(jù)步驟S2. 1得到的用戶1的功率'tot，采用以下公式計(jì)算得到用戶2, 3,. . .M 的功率vm，t()t :
S2. 3:根據(jù)每個(gè)用戶分配的功率，對(duì)每個(gè)用戶進(jìn)行功率再分配。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的資源分配方法，其特征在于，所述步驟S2. 1中用戶1的功率 采用二分搜索算法得到，具體步驟包括： S2.I. 1 :設(shè)置最小值Vlw = 0、最大值Vhigh =Vtotal，判斷閾值ε; S2. 1. 2:判斷是否（Vhigh-Vlmt)彡ε，如果是，進(jìn)入步驟S2. 1. 3,否則進(jìn)入步驟S2. 1. 4; M S2. 1. 3 :計(jì)算Vniid = (Vhigh-Vlmt)/2,計(jì)算Λ= [Cm(U4 -Fwftrf ? 如果Λ大于 0,令 mI Vhigh =Vmid，否則Vlmt =Vmid，返回步驟S2. 1. 2 ; S2. 1. 4 :令V1^trt =Vniid，搜索結(jié)束。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的資源分配方法，其特征在于，所述步驟S2. 3中的功率再分配 采用注水算法，具體方法為：將用戶m在其子載波塊集合Ωm中各個(gè)子載波η上的信號(hào)流q 的信道特征參數(shù)λ按從大到小進(jìn)行排列，構(gòu)成信道特征序列Gw二}，其 中1彡m彡M，1彡η彡Nm, 1彡q彡Mn，n，Lni是Gni中的元素個(gè)數(shù)，= ;根據(jù)以下 ii-1 公忒i+笪田戶m夂#r
馬流的功鑾. 其中Um是用戶m的注水線，I^G=Vjtljw, 1的取值范圍為1 = 1，2，···，Lm。 H
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的資源分配方法，其特征在于，所述注水線μ111采用二分搜索算 法來(lái)得到，具體步驟包括： S4. 1 :設(shè)置最小值+，最大值^十^ -， VGSiJLmX kClIlSlJ 判斷閾值ε'，判斷參考值初始值diff_u>ε'; S4.2:判斷diff_u的絕對(duì)值是否大于ε'，如果是，進(jìn)入S4.3,如果不是，進(jìn)入步驟 4. 4。
如果diff_u> 0,則 ^in,low^m,mid? 否則 Pm，high ^m,mid? S4. 4 :令μm =μm，mid，搜索結(jié)束。
【文檔編號(hào)】H04W72/08GK104270236SQ201410546471
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月8日
【發(fā)明者】劉健, 林孟淵, 張唯炯, 朱彥志 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)