基于能效的ofdma子载波分配方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于能效的OFDMA子载波分配方法，包括：初始化网络参数，根据每个用户基本传输速率占总传输速率比例，确定每个用户应分配的子载波数目；对网络的信道增益噪声比进行平均化处理，在每个用户分配子载波数目的限制下，采用最优信道质量分配原则确定子载波分配；在子载波分配的基础上，依据调整规则，调整最高能量效率用户和最低能量效率用户之间的子载波分配，使得网络整体能量效率增大，确定最终的子载波分配。本发明的方法通过调整按照最优信道质量分配原则确定的子载波分配，保证网络中每个用户满足基本传输速率的同时，增大了网络单位焦耳所传输的比特数，计算复杂度较低，并且所达到的能量效率接近于最优能量效率。
【专利说明】基于能效的OFDMA子载波分配方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无线通信【技术领域】，具体涉及一种基于能效的正交频分多址(0FDMA，Orthogonal Frequency Division Multiple Access)子载波分配方法。
【背景技术】
[0002]随着高速率无线数据业务的迅速发展，能耗问题越来越受到更多的关注，据报道对于移动运营商，无线接入方面消耗的能量占据整个网络能耗的70%，而基站是移动运营过程中最主要的能耗来源，致力于基站节能问题的研究，开展基于能量效率的设计变得越来越重要并且成为一种不可避免的趋势。
[0003]OFDMA技术将系统传输带宽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。OFDMA系统可动态地把空闲带宽资源分配给多用户，使得系统资源的更加优化利用，并且由于抗多户和符号间干扰能力强、频谱利用率高、传输速率高等优良性能，OFDMA技术被广泛用于下一代无线通信网络，如WiMax (WorldwideInteroperability for Microwave Access)和 LTE (Long Term Evolution)。在 OFDMA 网络中，网络资源包括频谱、时间和功率等都是由基站进行负责管理调度，基于能效的资源分配方案研究在基站端节能具有十分重要的作用。然而传统的资源分配方法，如速率自适应(RA)和边缘自适应(MA)，前者将最大化网络吞吐量作为优化目标，而后者将最小化传输功率作为优化目标，很少考虑到基站资源分配的能效问题。
[0004]通过对已有OFDMA网络中基于能效资源分配方法的研究，可以知道，基于能效的资源分配问题是一个非多项式问题，已经证明这个问题最优解唯一存在，可以用穷举法求得但是计算复杂度太高；能量效率和频谱效率之间是一种平衡折衷关系。代表性研究主要有以下两种:
[0005](I)基于时分技术的联合资源分配算法(参见文献A.Akbari, R.Hoshyar, andR.Tafazolli, ^Energy-efficient resource allocation in wireless OFDMAsystems, "in Proc.0f IEEE21st International Symposium on Personal Indoorand Mobile Radio Communications(PIMRC2010), Istambul, Turkey, September2010,1731-1735):该算法通过假定用户分配的子载波可以为小数，将资源分配问题进行了转化，然后通过子载波和功率联合分配，利用循环迭代的方法来得到近似最优解，但是算法的计算复杂度取决于循环迭代达到收敛的次数，算法的计算复杂度较高。
[0006](2)Maximizing-EE-lower-bound-based Downlink Subcarrier Allocation (ΜDSA) +Bisection-based Power Adaptation(BPA)资源分配算法(参见文献 C.Xiong, G.Y.Li, S.Zhang, Y.Chen, and S.Xu, ^Energy-Efficient Resource Allocation in OFDMANetworks, 〃Proc.1EEE Global Communications Conference, Houston, Texas, USA, Dec.2012.):该算法将资源分配问题分解为子载波分配和功率分配两个子问题，BPA是功率分配算法，是在子载波分配确定的基础上进行二分法最优功率搜索；MDSA是子载波分配算法，该算法是通过最大化最小用户EE来趋近最优解，具体操作采用贪婪算法来实现，子载波总是分配给EE最小的用户，分配完成后更新用户的EE，进入下一次分配。子载波分配算法MDSA所得到的网络EE接近最优解，进行MDSA算法之前需要计算每个用户所占电路总功率的比例，这个求解过程是在解一个多变量多限制非线性最优化问题，计算复杂度较高，并且网络信道发生变化时，这些比例系数需要重新计算，因而MDSA算法计算复杂度偏高。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是为了解决现有OFDMA网络中基于能效资源分配存在的上述算法复杂度高问题，提出了一种基于能效的OFDMA子载波分配方法。
[0008]本发明采用的技术方案如下:一种基于能效的OFDMA子载波分配方法，具体包括以下步骤:
[0009]步骤S1.初始化网络参数，根据每个用户基本传输速率占总传输速率比例，确定每个用户应分配的子载波数目；
[0010]步骤S2.对网络的信道增益噪声比进行平均化处理，在每个用户分配子载波数目的限制下，采用最优信道质量分配原则确定子载波分配；
[0011]步骤S3.在步骤S2子载波分配的基础上，依据调整规则，调整最高能量效率(EE)用户和最低能量效率用户之间的子载波分配，使得网络整体能量效率增大，确定最终的子载波分配。
[0012]进一步的，步骤SI所述的确定每个用户应分配子载波数目具体求解过程如下:用户k所分配得到的子载波数目，用户平均信道增益噪声比
【权利要求】
1.一种基于能效的OFDMA子载波分配方法，其特征在于，具体包括以下步骤: 步骤S1.初始化网络参数，根据每个用户基本传输速率占总传输速率比例，确定每个用户应分配的子载波数目； 步骤S2.对网络的信道增益噪声比进行平均化处理，在每个用户分配子载波数目的限制下，采用最优信道质量分配原则确定子载波分配； 步骤S3.在步骤S2子载波分配的基础上，依据调整规则，调整最高能量效率(EE)用户和最低能量效率用户之间的子载波分配，使得网络整体能量效率增大，确定最终的子载波分配。
2.根据权利要求1所述的基于能效的OFDMA子载波分配方法，其特征在于，步骤SI所述的确定每个用户应分配子载波数目具体求解过程如下:用户k所分配得到的子载波数目
3.根据权利要求1所述的基于能效的OFDMA子载波分配方法，其特征在于，步骤S2所述的对网络信道增益噪声比平均化处理具体求解过程如下:网络信道增益噪声比矩阵CNR = [r I] ，平均化的网络信道增益噪声
4.根据权利要求3所述的基于能效的OFDMA子载波分配方法，其特征在于，步骤S2所述的子载波最优信道质量分配具体过程如下:选取— = ]ΚχΝ矩阵中最大^，如果用户k分配的子载波数目小于步骤SI中确定的子载波数目Nk，并且子载波η没有分配给任何用户，则将T置为I ?所在矩阵列上其它值置为0，否则将了置为O ;直到所有子载波分配完毕，所得到的矩阵即为网络子载波分配矩阵。
5.根据权利要求4所述的基于能效的OFDMA子载波分配方法，其特征在于，步骤S3所述的调整子载波分配具体求解过程如下:在步骤S2确定的子载波分配矩阵的基础上，计算得到每个单独用户的ΕΕ，选取EE最大的用户kl和EE最小的用户k2，根据子载波调整规则，确定要调整的子载波n，kl将该子载波释放给k2，如果调整后整个网络EE要大于调整前的网络EE，则调整有效并更新确定的子载波分配，否则调整无效，根据调整规则再确定需要调整的另一个子载波，直到调整有效并更新子载波分配，当子载波调整更新循环次数达到预先设定的阈值M时，停止调整。
6.根据权利要求5所述的基于能效的OFDMA子载波分配方法，其特征在于，步骤S3所述的每个单独用户的EE为
7.根据权利要求5或6所述的基于能效的OFDMA子载波分配方法，其特征在于，所述的子载波调整规则如下:定义调整规则参数K =k?/Yy，其中Y为最大EE用户kl在分配子载波上的信道增益噪声比，为最小EE用户k2对应kl分配子载波上的信道增益噪声比，选取0?最小的子载波为需要调整的子载波，kl将该子载波释放给k2，如调整有效则释放成功，否则选取次小α ?的子载波进行调整，直到调整有效并释放成功。
8.根据权利要求7所述的基于能效的OFDMA子载波分配方法，其特征在于，所述的预先设定的阈值Μ=Ν/4。
【文档编号】H04J11/00GK103607368SQ201310586511
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月20日 优先权日:2013年11月20日
【发明者】冷甦鹏, 邱畅啸, 吴凡, 黄晓燕 申请人:电子科技大学