专利名称：一种协作中继正交频分多址接入系统的资源分配方法
技术领域：
本发明涉及一种无线通信系统的资源分配方法，尤其是涉及ー种协作中继正交频分多址接入(Orthogonal Frequency Division Multiplex Access, OFDMA)系统的资源分配方法，该资源分配方法基于服务质量(Quality of Service, QoS)保证。
背景技术：
多发送多接收天线(Multiple-Input Multiple-Out-put, ΜΙΜΟ)技术是无线通信领域的重大技术突破，其通过在接收端和发射端同时安装多根天线，形成MIMO信道结构，由于其充分利用了空域资源，因而成倍地提高了无线通信系统的容量和可靠性。但在实际 应用中，由于受移动终端尺寸、电源以及硬件系统复杂度的限制，MIMO技术的多天线一般设置在基站，而很难在ー个移动終端上安装多根天线，因此MMO技术很难直接应用到实际无线通信系统中。然而协作中继通信技术是ー种全新的通信模式，它通过节点间的互相辅助来完成信息的传递，在源节点与目的节点间建立多条虚拟的衰落链路，使得单天线移动终端在多用户环境中可以共享其它终端的天线，从而获得空间分集増益，显著扩大网络的覆盖范围，提高系统的传输性能。协作中继通信技术融合了分集方案与中继传输的技术优势，为MMO技术的实用化提供了ー个新的途径，引起了无线通信界的广泛关注。正交频分复用(OrthogonalFrequency Division Multiplexing, 0FDM)将整个频带划分成相互正交而且交错重叠的许多子载波，避免了传统的FDM (Frequency-divisionmultiplexing，频分多路复用)多载波调制系统中的保护间隔，从而大大提高了频谱利用率；而且其通过将频率选择性衰落信道转化为若干平坦衰落子信道，从而能够有效地抵抗无线移动环境中的频率选择性衰落。由于子载波重叠性占用频谱，OFDM能够提供较高的频谱利用率和信息传输速率，因此非常适用于无线宽带信道下的高速传输。通过给不同用户分配不同的子载波，正交频分多址接入(Orthogonal Frequency Division MultipleAccess, OFDMA)提供了天然的多址方式。由于不同用户占用不同的子载波，ー个小区内的用户之间满足频率资源分配的正交性，各用户之间几乎没有多址干扰的影响。由于用户间信道衰落的独立性，可以利用联合子载波分配带来的多用户分集增益提高性能，达到服务质量(QoS)要求。随着正交频分多址接入(OFDMA)技术研究的日益成熟，结合协作中继的蜂窝传输系统能获得更高的峰值数据速率、频谱利用率，及更好的小区边缘用户性能，因此开展OFDMA技术和协作中继技术相结合的研究成为广大研究人员关注的焦点。而含有协作中继的OFDMA系统中的资源分配问题也逐渐成为现阶段的研究热点。含有协作中继的OFDMA系统的资源分配问题是一种子载波、功率、比持、自适应调制和中继选择的联合优化问题，这是一个NP(Non_deterministic Polynomial,非多项式算法)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、比特分配和自适应调制，由于该解决方法分配固定的子载波和中继，因此不能很好的适应无线通信环境的变化，如障碍物、环境温度；另外，在无线通信系统中，还需具备保证用户最低服务质量(QoS)要求的能力，同时在某些场合，无线通信系统可能还会对用户公平性提出较高要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种协作中继正交频分多址接入系统的资源分配方法，其计算复杂度低，井能够保证用户服务质量需求，能够很好的适应无线通信环境的变化。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为一种协作中继正交频分多址接入系统的资源分配方法，其特征在于包括以下步骤①根据协作中继OFDMA系统中不同用户的最低服务质量要求，建立优化资源分配
权利要求
1.一种协作中继正交频分多址接入系统的资源分配方法，其特征在于包括以下步骤①根据协作中继OFDMA系统中不同用户的最低服务质量要求，建立优化资源分配K M NmaxZZZ^ /- "Rk=l J=I n=l满足的约束条件Al 十 K NAl ^— PtM N模型:Α2:，其中，max()为取最大值函数，K表示协作中继Α3:^，η，e {0,1}K MA4: ΣΣ气 h=1k=l J=IΑ5:ΣΣΛ%OFDMA系统中的中继个数，KS 1，M表示协作中继OFDMA系统中的用户个数，Μ>1，N表示协作中继OFDMA系统中的子载波个数，N>1 ;aiu,n’表示松弛前的整型因子，其用于表征第η个子载波和第k个中继是否被第j个用户占用，Pt表示基站处的发射总功率，Pk，T表示第k个中继处的发射功率，Qj表示第j个用户的最低速率值；约束条件Al表示基站处的发射总功率约束，在约束条件Al中，当I彡j彡M吋，Pu,n表示基站和第j个用户这条通信链路在第η个子载波上的发送功率，当Μ+1彡j彡M+K吋，Pu, n表示基站和第k个中继这条通信链路在第η个子载波上的发送功率；约束条件Α2表示每个中继处的发送功率约束；约束条件A3用于表征第η个子载波和第k个中继是否被第j个用户占用，Btjjn' =O表示第η个子载波和第k个中继未被第j个用户占用，ak，j,n’ =1表示第η个子载波和第k个中继被第j个用户占用；约束条件A4表示一个子载波最多只能被一个用户及相应的中继占用；约束条件A5表示不同用户的最低服务质量要求，其描述为不同用户的最低速率需求；\ム 表示第j个用户通过第k个中继在第η个子载波上的瞬时速率且Rij, mini log 2(1 + 尸,..馬离 Λ iog2(!+ / ,, i；//v ,; K//, , j}，min O 为取最小值函数，Ps,M+k,n表示基站和第k个中继这条通信链路在第η个子载波上的发送功率，Hs,M+k,n表示基站和第k个中继这条通信链路在第η个子载波上的信道増益，Pm,η表示基站和第j个用户这条通信链路在第η个子载波上的发送功率，Hs^n表示基站和第j个用户这条通信链路在第η个子载波上的信道増益，pk,j,n表示第j个用户通过第k个中继在第η个子载波上的发送功率，Η,〗η表示第j个用户通过第k个中继在第η个子载波上的信道増益；②将上述优化资源分配模型中的松弛前的整型因子’松弛为ー个
之间的变量，记为a^n，并采用等功率分配方法为每个子载波分配相等的功率，得到简化的优化KMNΤχΣΣΣ、'Αρ满足的约束条件资源分配模型观七，#^
，其中，·M )表示以atj,n为优化变量的
2.根据权利要求I所述的ー种协作中继正交频分多址接入系统的资源分配方法，其特征在于所述的步骤⑤中根据瞬时速率最大化为每个用户分配一个最优的子载波和选择ー个最合适的中继，然后根据ー阶KKT必要条件对剩余的子载波进行分配的具体过程为⑤-I、初始化令子载波集合为ΩΝ，用户集合为ΩΜ，中继集合为Ωκ;令基站处的发射总功率为Pt，则采用等功率分配方法时每个子载波上分配的功率值大小为
3.根据权利要求I或2所述的ー种协作中继正交频分多址接入系统的资源分配方法，其特征在于所述的步骤①中K的值为3、4或5，M的值为6、8、10或12，N的值为128、256、.512 或 1024。
全文摘要
本发明公开了一种协作中继正交频分多址接入系统的资源分配方法，其通过在建立优化资源分配模型时加入了各用户不同最低速率需求的约束条件，然后在子载波分配和中继选择过程中引入了用户速率权衡因子，根据速率权衡因子越大的用户，越具有选择子载波和中继的优先权这一准则进行子载波分配和中继选择，这样可使得本发明方法能够很好地保证各用户的最低速率需求；在简化优化资源分配模型的过程中采用了简单的等功率分配方法，有效降低了计算复杂度；将剩余的子载波根据瞬时速率最大分配给各用户，能够最大化系统总速率；根据用户速率权衡因子和瞬时速率最大自适应地将子载波分配给各用户，能够很好的适应无线通信环境的变化。
文档编号H04L5/00GK102833866SQ201210316588
公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月31日 优先权日2012年8月31日
发明者李有明, 赵翠茹, 汪照, 朱星, 王炯滔, 金明, 王刚 申请人:宁波大学