一種lte上行鏈路分步式動(dòng)態(tài)子載波分配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及移動(dòng)通信技術(shù)資源分配領(lǐng)域，尤其是一種LTE上行鏈路動(dòng)態(tài)子載波分 配方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前LTE作為最主要的4G技術(shù)，對(duì)于其頻譜資源分配方法的研究發(fā)展成為一個(gè)重 要課題。如何高效的管理和利用頻譜資源實(shí)現(xiàn)用戶業(yè)務(wù)需求及系統(tǒng)整體有效性及可靠性能 的提升，已作為衡量現(xiàn)代無(wú)線通信系統(tǒng)是否能夠商用的重要指標(biāo)。已知LTE系統(tǒng)上行鏈路采 用SC-FDMA多址接入技術(shù)，其多載波傳輸結(jié)構(gòu)及特性充分保證了頻譜資源調(diào)度的可行性。 LTE的頻譜資源以子載波的形式進(jìn)行分配，一定數(shù)量的子載波構(gòu)成資源組塊，組塊是其頻譜 資源分配的基本單位。由于無(wú)線多徑傳輸信道的時(shí)變及獨(dú)立特性，使得不同用戶不同子載 波所對(duì)應(yīng)的信道頻率響應(yīng)具有不相關(guān)特性，即信道的頻率選擇特性。在此情況下，同一子載 波對(duì)某一用戶處于深度衰落，而對(duì)于其他用戶則可能具有良好的傳輸特性。因此，動(dòng)態(tài)子載 波分配算法利用無(wú)線信道的頻率選擇特性以及多用戶分集效應(yīng)，能夠?yàn)楦飨到y(tǒng)用戶動(dòng)態(tài)的 分配一系列具有最佳傳輸特性的子載波，從而實(shí)現(xiàn)頻域資源的高效利用。
[0003]目前已有的LTE上行鏈路動(dòng)態(tài)子載波分配方法主要包括：以提高系統(tǒng)總吞吐量為 指標(biāo)的算法；以提高用戶間分配公平度為指標(biāo)的算法。Junsung Lim等在IEEE 17th International Symposium on Personal,Indoor and Mobile Radio Communications, 2006發(fā)表的〈〈Channel-Dependent Scheduling of Uplink Single Carrier FDMASystems)) 一文中提出了一種基于邊際信道容量的次優(yōu)貪婪算法，以及在IEEE 64th Vehicular Technology Conference，2006發(fā)表的〈〈Proportional Fair Scheduling of Uplink Single-Carrier FDMA Systems》一文中提出了基于邊際對(duì)數(shù)信道容量的次優(yōu)比例公平算 法。上述兩種算法都僅對(duì)一種指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)都以犧牲另外一種指標(biāo)為代價(jià)。在公開(kāi)號(hào) 為CN102724670A的專利《一種用于SC-FDMA系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)資源分配方法》中，其子載波調(diào)度 步驟僅僅為每個(gè)用戶選取不超過(guò)兩個(gè)資源組塊集合，并在滿足系統(tǒng)頻譜效率的情況下，進(jìn) 行功率分配。這種方法不能滿足具有較高頻譜效率要求的系統(tǒng)，并且算法復(fù)雜度較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的發(fā)明目的在于提供一種LTE上行鏈路分步式子載波分配方法，可以兼顧 提高系統(tǒng)總吞吐量和提高用戶間分配公平度指標(biāo)，并有效降低運(yùn)算復(fù)雜度。
[0005] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案：
[0006] -種LTE上行鏈路分步式動(dòng)態(tài)子載波分配方法，其特征在于：
[0007] 步驟1:初始化，建立待分配資源組塊集合，用戶集合和用戶組集合；
[0008] 步驟2:對(duì)每個(gè)用戶組依次計(jì)算當(dāng)分配各個(gè)資源組塊時(shí)的平均信噪比；
[0009] 步驟3:將資源組塊分配給各用戶組，分配方式是以提高分配公平度為指標(biāo)；
[0010] 步驟4:將每個(gè)用戶組分得的資源組塊，分配給該用戶組內(nèi)的用戶，分配方式是以 提尚系統(tǒng)吞吐量為指標(biāo)。
[0011] 步驟3中，包括如下步驟：
[0012] 步驟3.1:計(jì)算每個(gè)用戶組分配單個(gè)資源組塊時(shí)的信道容量，并對(duì)信道容量取對(duì) 數(shù)，計(jì)算該用戶組容量對(duì)數(shù)的增益;將具有最大用戶組容量對(duì)數(shù)增益的資源組塊W分配給 對(duì)應(yīng)的用戶組g%
[0013] 步驟3.2:判斷資源組塊是否分配完，若分配完，進(jìn)入步驟4,否則返回步驟3.1，對(duì) 余下未分配的資源組塊進(jìn)行分配。
[0014] 步驟4中，將用戶組分得的資源組塊，分配給該用戶組內(nèi)的用戶時(shí)，包括如下步驟：
[0015] 步驟4.1:計(jì)算每個(gè)用戶對(duì)各個(gè)資源組塊的信噪比，選取具有最大用戶信噪比的用 戶和資源組塊進(jìn)行分配；
[0016] 步驟4.2:判斷該用戶組的資源組塊是否分配完，若分配完，結(jié)束該用戶組的資源 組塊分配，否則返回步驟4.1，對(duì)余下未分配的資源組塊進(jìn)行分配。
[0017] 步驟3.1中，具體計(jì)算方法如下：
[0020] Cg為用戶組信道容量，/^，表示分配給用戶組g的資源組塊，N表示資源組塊的個(gè) 數(shù)，B表示系統(tǒng)總帶寬，C'表示用戶組g對(duì)資源組塊η的平均信噪比。
[0021] 本發(fā)明具有的有益效果：
[0022] 本發(fā)明通過(guò)對(duì)用戶進(jìn)行分組，先對(duì)用戶組進(jìn)行以提升分配公平度的子載波分配， 再對(duì)每個(gè)用戶組內(nèi)的用戶和該用戶組分得的子載波進(jìn)行以最大化系統(tǒng)吞吐量的子載波分 配。本發(fā)明同時(shí)考慮了用戶分配公平度和系統(tǒng)吞吐量，避免了僅對(duì)單一指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化的不 足，使得整個(gè)系統(tǒng)在分配公平度和吞吐量指標(biāo)上都有很好的性能，同時(shí)本發(fā)明能有效降低 運(yùn)算復(fù)雜度。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是本發(fā)明的方法流程圖；
[0024]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中利用matlab仿真得到的系統(tǒng)吞吐量比較曲線；
[0025]圖3為本發(fā)明實(shí)施例中利用matlab仿真得到的用戶分配公平度比較曲線；
[0026]圖4為本發(fā)明實(shí)施例中利用matlab仿真得到的運(yùn)算復(fù)雜度比較曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0027]如圖1所示，本發(fā)明LTE上行鏈路分步式子載波分配方法包括如下步驟：
[0028] 步驟1:初始化，設(shè)有K個(gè)用戶，L個(gè)子載波和N個(gè)資源組塊，每個(gè)資源組塊擁有相同 數(shù)目的子載波。建立用戶組集合Igr_= U，2，...，G}，用戶集合Iuser=U, 2，...，K}以及資 源組塊集合Idiunk= {1，2，...，Ν}。按順序?qū)⒂脩羝骄峙涞矫總€(gè)用戶集合中，每個(gè)用戶組包 括的用戶數(shù)為S=K/G。
[0029] 步驟2:對(duì)每個(gè)用戶組合計(jì)算用戶組平均信噪比？Cf。采用最小均方誤差方式來(lái)降 低符號(hào)間干擾，所以用戶k傳輸?shù)男旁氡妊?<為：
[0031]式中Pk為用戶k的總功率，Ich,該示用戶k分配得到的資源組塊集合，I Isub I表示用 戶k分配得到的子載波數(shù)目，表示分配給用戶計(jì)算用戶k的子載波1的信噪比。
[0033] 式中Pk(sub)表示分配給用戶k的每個(gè)子載波功率，σ2表示子載波1的噪聲功率，H k,i 表示分配給用戶k的子載波1的信道增益。
[0034] 利用香農(nóng)公式，用戶k分得得信道容量為
[0036] 式中B表示系統(tǒng)總帶寬。
[0037]用戶組g對(duì)資源組塊η的平均信噪比C
[0039] 步驟3:對(duì)資源組塊和用戶組集合進(jìn)行以提升公平度的分配。具體步驟如下，
[0040] 步驟3.1:計(jì)算每個(gè)用戶組分配單個(gè)資源組塊時(shí)的信道容量，并對(duì)信道容量取對(duì) 數(shù)，計(jì)算該用戶組容量對(duì)數(shù)的增益。將具有最大用戶組容量對(duì)數(shù)增益的資源組塊W分配給 對(duì)應(yīng)的用戶組集合g'具體計(jì)算方法如下：
[0043] Cg為用戶組信道容量，4,,,，表示分配給用戶組g的資源組塊。
[0044] 去除已經(jīng)分配的資源組塊，直到所有的資源組塊分配完。
[0045] 步驟3.2:判斷資源組塊是否分配完全，若分配完，進(jìn)行下一步驟，否則返回步驟 3.1，對(duì)余下未分配的資源組塊進(jìn)行分配。
[0046] 步驟4:將每個(gè)用戶組分得的資源組塊，分配給該用戶組內(nèi)的用戶，按照以提升系 統(tǒng)吞吐量最大的分配準(zhǔn)則分配。具體步驟如下，
[0047] 步驟4.1:計(jì)算每個(gè)該用戶組內(nèi)用戶對(duì)各個(gè)資源組塊的信噪比，選取具有最大用戶 信噪比的用戶和資源組塊進(jìn)行分配：
[0048] max γ k,n nE Ich,g，kEg (6)
[0049] yk,n表示用戶k對(duì)資源組塊n的信噪比
[0050] 步驟4.2:判斷每個(gè)用戶組內(nèi)的資源組塊是否分配完全，若分配完，結(jié)束該用戶組 的資源組塊分配，否則返回步驟4.1，對(duì)余下未分配的資源組塊進(jìn)行分配。
[0051] 下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的有益效果。
[0052]設(shè)系統(tǒng)總傳輸帶寬為5MHz，系統(tǒng)總傳輸功率為IW，高斯白噪聲功率譜密度為-80dB · W/Hz。調(diào)制方式采用QPSK，最小均方誤差均衡方式。子載波數(shù)目為256，資源組塊數(shù)目 為32，每個(gè)資源組塊含有8個(gè)子載波。分別選取用戶數(shù)目為4，8，16，32，64，128，256。并將其 平均分成4組，通過(guò)本發(fā)明的實(shí)施步驟進(jìn)行頻譜資源分配，如圖2、3、4所示，與其它方法相 比，本發(fā)明可以兼顧提高系統(tǒng)總吞吐量和提高用戶間分配公平度指標(biāo)，并有效降低運(yùn)算復(fù) 雜度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種LTE上行鏈路分步式動(dòng)態(tài)子載波分配方法，其特征在于： 步驟1:初始化，建立待分配資源組塊集合，用戶集合和用戶組集合； 步驟2:對(duì)每個(gè)用戶組依次計(jì)算當(dāng)分配各個(gè)資源組塊時(shí)的平均信噪比； 步驟3:將資源組塊分配給各用戶組，分配方式是以提高分配公平度為指標(biāo)； 步驟4:將每個(gè)用戶組分得的資源組塊，分配給該用戶組內(nèi)的用戶，分配方式是以提高 系統(tǒng)吞吐量為指標(biāo)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的LTE上行鏈路分步式動(dòng)態(tài)子載波分配方法，其特征在于：步 驟3中，包括如下步驟： 步驟3.1:計(jì)算每個(gè)用戶組分配單個(gè)資源組塊時(shí)的信道容量，并對(duì)信道容量取對(duì)數(shù)，計(jì) 算該用戶組容量對(duì)數(shù)的增益;將具有最大用戶組容量對(duì)數(shù)增益的資源組塊f分配給對(duì)應(yīng)的 用戶組g% 步驟3.2:判斷資源組塊是否分配完，若分配完，進(jìn)入步驟4,否則返回步驟3.1，對(duì)余下 未分配的資源組塊進(jìn)行分配。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的LTE上行鏈路分步式動(dòng)態(tài)子載波分配方法，其特征在于:步驟4 中，將用戶組分得的資源組塊，分配給該用戶組內(nèi)的用戶時(shí)，包括如下步驟： 步驟4.1:計(jì)算每個(gè)用戶對(duì)各個(gè)資源組塊的信噪比，選取具有最大用戶信噪比的用戶和 資源組塊進(jìn)行分配； 步驟4.2:判斷該用戶組的資源組塊是否分配完，若分配完，結(jié)束該用戶組的資源組塊 分配，否則返回步驟4.1，對(duì)余下未分配的資源組塊進(jìn)行分配。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的LTE上行鏈路分步式動(dòng)態(tài)子載波分配方法，其特征在于:步驟 3.1中，具體計(jì)算方法如下：(g*,n*)=arg max logio(Cg) 匕為用戶組信道容量，，Ic^g表示分配給用戶組g的資源組塊，N表示資源組塊的個(gè)數(shù)，B 表示系統(tǒng)總帶寬，C'表示用戶組g對(duì)資源組塊η的平均信噪比。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種LTE上行鏈路分步式動(dòng)態(tài)子載波分配方法，包括如下步驟：步驟1：初始化，建立待分配資源組塊集合，用戶集合和用戶組集合；步驟2：對(duì)每個(gè)用戶組依次計(jì)算當(dāng)分配各個(gè)資源組塊時(shí)的平均信噪比；步驟3：將資源組塊分配給各用戶組，分配方式是以提高分配公平度為指標(biāo)；步驟4：將每個(gè)用戶組分得的資源組塊，分配給該用戶組內(nèi)的用戶，分配方式是以提高系統(tǒng)吞吐量為指標(biāo)。<!-- 2 -->
【IPC分類】H04L5/00, H04W72/04
【公開(kāi)號(hào)】CN105611634
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510727087
【發(fā)明人】葉方, 頓輝, 王秋瀅, 李一兵
【申請(qǐng)人】哈爾濱工程大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年5月25日
【申請(qǐng)日】2015年10月30日