专利名称：一种ofdma中继系统的资源分配方法
技术领域：
本发明涉及一种通信系统的资源分配方法,尤其是涉及一种OFDMA(OrthogonalFrequency Division Multiple Access,正交频分多址接入)中继系统的资源分配方法。
背景技术：
OFDMA 是基于 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex,正交频分复用)调制方式的一种无线接入方式，它具有传输速率高、资源分配灵活、能同时支持多个用户等特点，被认为是下一代宽带无线接入方式的关键技术，已经应用于IEEE802. 16d/e等标准中。OFDMA系统将传输宽带划分成正交的互不重叠的一系列子载波集，将不同的子载波集分配给不同的用户实现多址。
含有中继的OFDMA系统的资源分配问题是一种子载波分配、功率分配、比特分配、自适应调制和中继选择的联合优化问题，这是一个NP问题(多项式复杂程度的非确定性问题)。传统的解决方法是为各个用户分配固定的子载波和中继，然后根据子载波和中继的分配方案进行功率分配、比特分配和自适应调制，由于该解决方法分配的子载波和中继是固定的，所以不能很好的适应无线通信环境的变化，如障碍物的影响、环境温度的变化等情况，从而导致部分用户通信不畅，系统资源利用率低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种保证各用户获得的速率满足不同的业务需求、有效避免远近效应，且资源利用率高的OFDMA中继系统的资源分配方法。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为一种OFDMA中继系统的资源分配方法，包括以下具体处理步骤(I)获得OFDMA中继系统的每个用户的可分配的子载波数和初始未被分配的子载波数根据比例速率约束 iV:尽'..Am1=:~1+1OFDMA中继系统的中继用户通过中继从基站获得子载波需要两个时隙和OFDMA中继系统的子载
e
N'= M1~hi~N
+2 X Oj ,
波总数N，求得每个用户的可分配的子载波数为^Ml+1 P以及初始未被分
W1
N/= M1——^~N
+2 X Oj
L Z=IJ=M1+!_
配的子载波数^^ -^疋…其中為为OFDMA中继系统的直传用户总数，M为OFDMA中
W=I
继系统的用户总数，R/为第m，me [1，M]个用户的业务需要的传输速率，QmSRn/对应的比值，i G [I, M1], N/为第i个直传用户的可分配的子载波数，j G [Mi+LM]^/为第j个中继用户的可分配的子载波数，‘ L」’为取下整；(2)将子载波及其相应的中继分配给各个用户(a)先给每个直传用户分配一个最优子载波；第i个直传用户获得的最优子载波为<，<=&111^&// ，《’第i个直传用户按平均功率法获得的理论传输速率为民，
A Iog2+)，其中，arg()为取参数函数,max()为取最大值函数，Q1^OFDMA中
继系统中的所有的子载波集合，Hs,i,n为第i个直传用户通过直传链路S-i从基站S获得的第n个子载波上的信道增益，B为OFDMA中继系统可用带宽，p为OFDMA中继系统分给每个
子载波上的平均功率，P = I，Pt为OFDMA中继系统的总发送功率；(b)接着给每个中继用户分配一个最优子载波和传输该最优子载波的相应中 继；第j个中继用户获得的最优子载波和传输该最优子载波的相应中继对为(<，P)，
hZ 〃第j个中继用户按平均功率法获得的 i仑传输速率为Rj，
Rj = (I + P^sMi+k*,^-)，其中，Q R为OFDMA中继系统中的所有中继的集合，H^uj n
为第j个中继用户经过接入链路k-j从中继k获得第n个子载波的等效接收信噪
比，HZn根据用户速率最大化要求需要满足的条件PSM1代nH SM一 = Pk,j,nH^n获得，
HH
HtqIn =广+y ，v 为中继k通过中继链路s-k从基站S获得的第n个子载波
S,Ml+k,n kj,n P S ,M '+k ,n
上的功率，&，M1+it，《为中继k通过中继链路s-k从基站S获取的子载波n上的信道增益，Pk,j,n为第j个中继用户通过接入链路k-j从中继k获得的第n个子载波上的功率，H1^n为中继用户j通过接入链路k-j从中继k获得的第n个子载波上的信道增益；(C)然后给每个用户分配足可分配的子载波数；具体为根据条件
[LM]个用户分配子载波及其相应的中继，若第m，me [I,M]个用户为直传用户，则给该直传用户分配一个最优子载波rC，"7: =aiIgaxAm^用户m的传输速率为I+;若第m，m G [I, M]个用户为中继用
户，则给该中继用户分配一个最优子载波和传输该最优子载波的相应中继对(<3*’)，(O用户m的传输速率为& =1 +長—smwJ ;其中，
为OFDMA中继系统中的所有用户的集合，minO为取最小值函数，Rm, m G [1，M]为第m个用户按平均功率法获得的理论传输速率；(d)再接着将初始未被分配的子载波进行分配；将初始未被分配的子载波n'
分配给直传用户中的最优用户Ar=aiI^naxi7 ，》’’一个直传用户只能获取一次分配，
如果初始未被分配的子载波分配完毕，则子载波分配结束；否则将剩余的初始未被分配的子载波n"及传输子载波n"的相应中继k*分配给中继用户中的最优用户(r,J*) = ^Q81S 一个中继用户只能获取一次分配，直到分配结束；其中，D为
KK4\
OFDMA中继系统中的所有直传用户的集合，qM2为OFDMA中继系统中的所有中继用户的集合；(3)根据步骤(2)中各个直传用户实际获得的子载波、实际通过各个中继传输的子载波和OFDMA中继系统的总发送功率PT核定的条件，利用拉格朗日乘数法，获得每个子
'M'+KM1+K
Ps^= (Pt- I (Nm'bm'+Vm'W X Nm,am,
载波上的功率分配值为m'=l H _ r7'=l ,m' G [1，MAK];其中，
v =a v +b + s’m> w’1
ys,m\n —丁 "m' 丁 tttt
、12 S’m'n12
Nm, ,m/ G [I, Ml]为第m'个直传用户接实际获到的子载波数，Nm, , m/ G [M1+!, M^K]为
H -H
实际通过第m' -M个中继传输的子载波数，％,= V Iog2U,= E um',n H S,m'1，
nE.Dm'n&Dm’ S,m\n S,m\\
jvH, h _ am' I
—0m' ~ ZJZJ°
am' =2，与现有技术相比，本发明的优点在于(I)在子载波分配时加入了各用户业务的比例速率约束条件，保证了分配给用户的子载波集满足该用户的业务需求；(2)根据速率最大化要求，计算得到接入链路的等效接收信噪比，中继用户根据最大的等效接收信噪比来选择子载波和传输该子载波的中继，有效避免远近效应；(3)根据子载波的实际分配情况和OFDMA中继系统的总发送功率PT核定的条件，利用拉格朗日算法获得功率分配的表达式，降低了算法的计算复杂度、提高了计算速度，并提高了系统资源利用率。
图I为一个多中继的单蜂窝通信系统；图2为本发明的系统容量随用户数变化的关系图；图3为本发明的128子载波条件下，各用户归一化速率的关系图；图4为本发明的1000子载波条件下，各用户归一化速率的关系图；图5为本发明的子载波分配与中继选择的流程图。
具体实施例方式以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。如图所示一种OFDMA中继系统中基于速率成比例约束的资源分配方法，包括以下处理步骤(I)首先给OFDMA中继系统的每个用户设置一个可分配的子载波数根据比例速率约束 A'4':...: /:=:~1+1OFDMA 中继系统的中继用户通过中继从基站获得信息需要两个时隙和OFDMA中继系统的子载波总数N，求得每个用户的可分配的子载波数为
权利要求
1.一种OFDMA中继系统的资源分配方法，其特征在于包括以下具体处理步骤 (1)获得OFDMA中继系统的每个用户的可分配的子载波数和初始未被分配的子载波数通据比例速率约束巧’:^’:…:^^’:^^:…:^^’ = ^..:6^ :~1+1OFDMA 中继系统的中继用户通过中继从基站获得子载波需要两个时隙和OFDMA中继系统的子载波
全文摘要
本发明公开了一种OFDMA中继系统的资源分配方法，包括以下处理步骤(1)计算得到每个用户可分配的子载波数以及初始未被分配的子载波数；(2)把子载波和相应的中继分配给每个用户；首先给每个用户分配足可分配的子载波数，然后将初始未被分配的子载波数进行分配；(3)根据步骤(2)中各个直传用户分配到的子载波、经过各个中继传输的子载波和总发送功率核定的条件下，利用拉格朗日乘数法，得到每个子载波上分配到的功率值；这种方法满足了各个用户的速率要求，避免了无线通信中的远近效应，能很好的适应无线通信环境的快速变化，降低了计算的复杂度，同时有效的提高了系统资源利用率。
文档编号H04W72/04GK102781101SQ20121000289
公开日2012年11月14日 申请日期2012年1月6日 优先权日2012年1月6日
发明者俞建定, 吕艳娟, 李有明, 赵杰, 金明 申请人:宁波大学