一種基于ofdma中繼網(wǎng)絡(luò)的無線資源分配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于0FDMA中繼網(wǎng)絡(luò)的無線資源分 配方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 第四代移動(dòng)通信的主題是無處不在的高速率覆蓋以滿足人們?nèi)找嬖鲩L的通信需 求，在給定的珍貴頻譜上，只有高效地利用有限的頻譜，最大化頻譜資源利用效率，才能提 高整個(gè)小區(qū)的吞吐量以滿足人們的通信需求。因此正交頻分多址接入（0FDMA)空中接口技 術(shù)和中繼技術(shù)的結(jié)合是無線通信的發(fā)展趨勢。這兩種技術(shù)的結(jié)合能夠提供更大的潛在多用 戶分集增益和頻率分集增益來提高用戶的接收性能，并且能夠利用自適應(yīng)的分配技術(shù)來合 理有效地實(shí)現(xiàn)用戶的要求。同時(shí)吸收這兩種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)可以提高系統(tǒng)的吞吐量，以滿足小 區(qū)所有用戶的服務(wù)需求。并且這將引起資源分配領(lǐng)域的一場改革，要想在這兩種新技術(shù)結(jié) 合的基于0FDMA的中繼網(wǎng)絡(luò)的新系統(tǒng)中挖掘其巨大的潛在性能，并抓住這個(gè)新系統(tǒng)需求的 巨大機(jī)遇，需要開發(fā)更加高效和智能的無線資源分配方案來應(yīng)對新系統(tǒng)帶來的一些新的困 難和挑戰(zhàn)。
[0003] 在無線通信系統(tǒng)的資源分配問題中，頻譜效率和公平性是一對矛盾的系統(tǒng)性能。 在無線網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境中，由于不同用戶之間的信道條件相差非常大，所以要想它們在某個(gè)性 能上達(dá)到絕對的公平是非常難的。例如對于邊緣用戶和中心用戶來說，邊緣用戶的信道條 件與中心用戶的信道條件相差很多，如果要求邊緣用戶的數(shù)據(jù)速率和中心用戶的數(shù)據(jù)速率 近似，就需要給邊緣用戶分配更多的頻譜資源，這樣就會(huì)導(dǎo)致頻譜的利用效率很低。因此要 達(dá)到高的公平性性能就會(huì)降低系統(tǒng)的頻譜效率，從而犧牲系統(tǒng)的吞吐量。另一方面，如果把 系統(tǒng)的所有資源都分配給信道條件最好的用戶比如中心用戶，那么系統(tǒng)的頻譜效率將會(huì)達(dá) 到所能達(dá)到的最高，但是這樣用戶之間公平性會(huì)很低，因此要提高系統(tǒng)的吞吐量就會(huì)犧牲 用戶之間的公平性能。所以在用戶公平性和系統(tǒng)吞吐量之間要找到一種高效的折中方案是 非常重要也是非常困難的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明的目的在于提供一種基于0FDMA中 繼網(wǎng)絡(luò)的無線資源分配方法，在基站子幀中，針對每個(gè)子信道每個(gè)用戶加入所選中繼在此 子信道上的候選用戶集，選取鏈路最大度量因子作為各子信道的度量因子，選擇度量因子 最大的子信道分配給對應(yīng)的鏈路；在中繼子幀中，針對每個(gè)子信道計(jì)算每個(gè)鏈路的度量因 子并組成度量矩陣，對度量矩陣進(jìn)行子信道和鏈路的最優(yōu)配對。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是，提供一種基于0FDMA中繼網(wǎng)絡(luò)的無 線資源分配方法，所述方法包括：
[0006] 基站子幀信道分配步驟：
[0007] S11、計(jì)算0FDMA中繼網(wǎng)絡(luò)中每條中繼用戶鏈路的傳輸速率，每個(gè)用戶均選擇到自 身傳輸速率最大的中繼，并加入其所選中繼的候選用戶集中；
[0008] S12、分別計(jì)算第n個(gè)子信道上的基站到第k個(gè)用戶的鏈路度量因子Dn， BS k和第n 個(gè)子信道上的基站到第m個(gè)中繼的鏈路度量因子; n = 1，2,. . .，N，N為子信道總 數(shù)；m = 1，2, ? ? ?，M，M為中繼總數(shù)；
[0009] 基站用戶鏈路度量因子，其中RBS, k, n為第n個(gè)子信道上的基站到 第k個(gè)用戶的鏈路傳輸速率，gf為第k個(gè)用戶在所述第n個(gè)子信道上的基站的數(shù)據(jù)隊(duì)列長 度；
[0010] 基站中繼鏈路度量因子
其中 為第n個(gè)子信道上的基站到第m個(gè)中繼的鏈路傳輸速率，gf?為第k個(gè)用戶在第m 個(gè)中繼的數(shù)據(jù)隊(duì)列長度，二進(jìn)制分配變量
[0011]
[0012] S13、從所述Dn，BS k和所述中選擇最大值作為第n個(gè)子信道的度量因子；
[0013] S14、從所有未分配的子信道中選取度量因子最大的子信道，并將其分配給該度量 因子對應(yīng)的鏈路，求解該子信道的信道數(shù)據(jù)傳輸量，更新用戶k在基站或中繼的隊(duì)列長度；
[0014] S15、重復(fù)步驟S12-S14直至完成所有剩余基站子幀信道的分配；
[0015] 中繼子幀信道分配步驟：
[0016] S21、在中繼子幀中針對每個(gè)子信道，計(jì)算每個(gè)基站用戶鏈路度量因子，從中選擇 最大的度量因子作為該子信道上基站的度量因子D n，BS，所述凡
[0017] S22、在每個(gè)子信道上，針對每個(gè)中繼計(jì)算所有中繼用戶鏈路的度量因子，并從中 選取最大的度量因子作為該子信道上中繼的度量因子D nini，所述1 為第n個(gè)子信道上的中繼m到用戶k的鏈路傳輸速率，€用戶k在中繼m上的數(shù)據(jù)隊(duì) 列長度；
[0018] S23、構(gòu)建度量矩陣D = [Dn,BS Dn,J，對度量矩陣D進(jìn)行子信道和鏈路的最優(yōu)配對， 將M+1個(gè)子信道分配給基站和M個(gè)中繼，根據(jù)分配結(jié)果計(jì)算對應(yīng)用戶數(shù)據(jù)量，更新基站和中 繼的用戶隊(duì)列；
[0019] S24、重復(fù)步驟S22-S23直至所有剩余子信道的分配完成或基站和中繼用戶隊(duì)列 為空時(shí)停止，中繼子幀信道分配完成。
[0020] 因此，本發(fā)明可以獲得以下的有益效果：在基站子幀中，針對每個(gè)子信道每個(gè)用戶 加入所選中繼在此子信道上的候選用戶集，選取鏈路最大度量因子作為各子信道的度量因 子，選擇度量因子最大的子信道分配給對應(yīng)的鏈路，通過劃分中繼候選用戶集的方式，所有 用戶都按照中繼的傳輸速率劃分至對應(yīng)中繼的候選用戶集中，避免了基站將用戶數(shù)據(jù)發(fā)送 至用戶信道條件差的中繼；在中繼子幀中，針對每個(gè)子信道計(jì)算每個(gè)鏈路的度量因子并組 成度量矩陣，對度量矩陣進(jìn)行子信道和鏈路的最優(yōu)配對，使得在保證負(fù)載平衡和系統(tǒng)用戶 公平性的前提下，每個(gè)子信道都得以高效利用。本發(fā)明方法聯(lián)合考慮鏈路傳輸速率和用戶 隊(duì)列長度，將其作為資源分配的度量因子，從而保證所有數(shù)據(jù)都能夠高效傳輸，提高了小區(qū) 用戶的吞吐量。
【附圖說明】
[0021] 圖1是本發(fā)明0FDMA中繼小區(qū)網(wǎng)絡(luò)的模型示意圖；
[0022] 圖2是本發(fā)明0FDMA中繼小區(qū)網(wǎng)絡(luò)的幀結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖3是本發(fā)明基站子幀的信道分配步驟流程示意圖；
[0024] 圖4是本發(fā)明中繼子幀的信道分配步驟流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0026] 圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中0FDMA小區(qū)中繼網(wǎng)絡(luò)的下行傳輸場景。在一個(gè)六邊形 小區(qū)中，基站（Base Station，BS)在M個(gè)中繼（Relay Station，RS)的輔助下與K個(gè)用戶終 端（User Terminals，UT)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，并且基站放置在六邊形小區(qū)的中心。
[0027] 在路由選擇機(jī)制的幫助下，每個(gè)用戶終端都可以同時(shí)和基站或中繼在不同的子信 道上進(jìn)行通信，并且在數(shù)據(jù)傳輸過程中選用自適應(yīng)調(diào)制編碼機(jī)制。
[0028]圖2為本發(fā)明幀結(jié)構(gòu)示意圖。中繼均工作在時(shí)分模式，數(shù)據(jù)幀長度劃分為等長的 兩個(gè)連續(xù)的子幀，分別為基站子幀和中繼子幀。在基站子幀中，僅僅只有基站向中繼和用戶 傳輸數(shù)據(jù)。在中繼子幀中，基站和中繼分享頻率，且均向用戶傳輸數(shù)據(jù)。假定所有信道的信 道相干時(shí)間都長于幀長，即信道條件在一幀內(nèi)是假定不變的，只在不同幀之間信道才發(fā)生 變化。
[0029] 基站和中繼的子信道分配方案包括基站子幀的信道分配和中繼子幀的信道分配 兩部分，具體說明如下：
[0030] S1、在基站子幀中針對每個(gè)子信道，首先每個(gè)用戶從所有中繼中選擇鏈路傳輸速 率最高的中繼，同時(shí)該用戶加入此子信道上該中繼的候選用戶集中；其次計(jì)算每個(gè)基站中 繼鏈路和基站用戶鏈路的度量因子，并選取鏈路中最大度量因子作為此子信道的度量因 子；最后在所有未分配的子信道中選擇度量因子最大的子信道分配給對應(yīng)的鏈路，并更新 基站或中繼隊(duì)列。重復(fù)步驟S1直至所有子信道均分配完成。
[0031] S2、在中繼子幀中針對每個(gè)子信道，計(jì)算每個(gè)基站用戶鏈路和中繼用戶鏈路的度 量因子并分別對基站和每個(gè)中繼選取度量因子最大的鏈路組成度量矩陣，并利用匈牙利算 法對度量矩陣進(jìn)行子信道和鏈路的