一种高铁车载基站通信架构下的资源分配方法

文档序号:7797164阅读:349来源:国知局
一种高铁车载基站通信架构下的资源分配方法
【专利摘要】本发明涉及一种高铁车载基站通信架构下的资源分配方法,该方法针对车载移动基站的通信架构,在OFDMA的调制方式下,通过资源分配,最大化通信系统的容量。主要包括:建立高铁车载移动基站通信架构下的容量函数,分配子载波给多个用户,实现基站端和车载移动基站端的子载波配对,分别在基站端和车载基站端分配子载波功率。该方法对高速铁路场景通信架构下的系统性能优化具有重要意义。
【专利说明】一种高铁车载基站通信架构下的资源分配方法
【技术领域】:
[0001]本发明涉及无线移动通信【技术领域】,特别是涉及一种高铁车载基站通信架构下的资源分配方法
【背景技术】:
[0002]作为一种快捷、方便、绿色的公共交通工具,速度在300km的高速铁路在世界范围内快速发展并取得了举世瞩目的成绩。随着高速铁路的发展,高速铁路上的无线数据传输需求也越来越高。一方面,不断增长的铁路安全控制信息需要在车地之间传输;另一方面,旅客希望在旅途中享受到实时的信息服务,例如查收邮件,下载文件,视频会议等。据统计,列车上的数据传输速率需求为37.5Mbps,未来将达到0.5-5Gpbs。
[0003]同时,第四代移动通信(LTE-A )已被标准化。其中,正交频分复用接入(Orthogonal
frequency division multiple access-OFDMA)由于有良好的抗频率选择性衰落能
力,并且易于进行资源分配,被选为LTE-A的下行链路传输技术。但是,OFDM对于时变信道很敏感,由高速移动产生的Doppler会破坏载波间的正交性,导致产生载波间干扰
(inter-carrier interference-1CI)。随着移动速度的增加,载波间干扰越来越明显,
并会降低系统性能。
[0004]在高铁通信场景下,人们已经提出各种通信架构。其中,采用车载移动基站的网络
架构得到广泛的认同,如附图1所示。位于车顶的移动基站(mobile base station-MBS)
将从地面上基站(base station-BS)接收到的数据转发到车厢内部的用户设备(user
equipment——UE)。与传统的通信架构相比,这种“两跳”的通信架构具有以下优点:首先可以避免由车厢带来的穿透损耗。另外,地面基站只需与列车上的一个移动终端通信,而不是车厢内部的所有用户,降低车地之间的通信费用,且降低了小区切换的复杂性。最后,MBS可以通过信号处理(例如:功率分配,载波分配,编码等)来改进系统性能。
[0005]由上述分析,可以看到高铁场景下车载基通信架构的瓶颈是BS-MBS链路,该链路中由Doppler产生的ICI将降低系统性能。在本发明中将通过资源分配来改进系统性能。

【发明内容】

[0006]针对以上现有技术的不足,本发明在高铁车载基站的通信架构下,以最大化系统容量为目标函数,提出一种高铁车载基站通信架构下的资源分配方法。
[0007]本发明的技术方案如下:
[0008]一种高铁车载基站通信架构下的资源分配方法,所述方法包括以下步骤:
[0009]步骤201:建立高铁车载基站通信架构下的系统模型,计算目标函数。
[0010]步骤202:对OFDM中的子载波进行资源块化。资源块的长度与信道的时域相关性有关,满足 E [h(l,Wl)hH(l,W2)]≥ ε。
[0011]步骤203:计算资源块长度Ns。
[0012]步骤204:设置用户资源穷搜索的长度Tc。[0013]步骤205:进入对用户资源块分配的搜索,确定MBS-UE的信道响应。
[0014]步骤206:初始化BS与MBS端的功率。
[0015]步骤207:设置循环优化的初始值Ip=I。
[0016]步骤208:计算BS端的SINR和MBS端的SNR。
[0017]步骤209:资源块配对。
[0018]步骤210:资源块对内的子载波进行配对。
[0019]步骤211:优化BS端与MBS端功率。
[0020]步骤212:判断优化功率是否收敛,如果否,则返回步骤208,如果是,则进入步骤213。
[0021]步骤213:若步骤212判断BS端与MBS端功率收敛,输出功率,并返回步骤204。
`[0022]步骤214:比较不同用户资源分配条件下的系统容量,系统容量最大的即为得到的资源优化条件。
[0023]所述步骤201,BS与MBS处的功率分别服从不同的功率约束Pb和Ρκ。
[0024]所述步骤201,MBS只进行每个子载波上功率的重新分布,没有译码和在编码功倉泛。
[0025]本发明产生的有益效果:在高铁场景通信架构下,通过对BS端和MBS端的子载波分配给多个用户,实现基站端和车载移动基站端的子载波配对以及BS端和MBS端分配子载波功率,对抗BS-MBS链路的Doppler干扰,提高系统容量,优化系统性能。
【专利附图】

【附图说明】
[0026]图1是示出高铁场景下车载移动基站通信架构图;
[0027]图2是示出高铁车载移动基站通信架构下的资源分配流程图;
[0028]图3是示出本发明实施例中,在不同归一化DoppIer条件下,采用本发明的资源分配算法系统性能改进对比图;
[0029]图4是示出本发明实施例中,在不同平均SNR条件下,采用本发明的资源分配算法时,不同资源块长度对系统性能的影响。
【具体实施方式】:
[0030]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和【具体实施方式】对本申请作进一步详细的说明。
[0031]参照附图2,示出了本发明高铁车载基站通信架构下的资源分配方法流程示意图,包括:
[0032]步骤201:建立系统模型,计算目标函数。
[0033]一个高铁车载基站通信架构下的OFDMA系统,含有N个子载波,K个用户。地面上的BS通过车厢顶部的MBS与车厢内部的几个用户通信。假设在连续的两跳中,信道的瞬时增益保持不变。在第一跳中,BS将信号发送到MBS,在此过程中考虑载波分配和功率分配。在第二跳中,MBS重新分配载波和功率,并将信号转发给K个用户。用SP(k,m,n)表示第一跳中的子载波!^!!!=:,],...,…与第二跳中的子载波η (n=l,2,...,N)配对,同时子载波对
(m, η)分配给用户。子载波对SP (k, m, η)的功率包括piU和*分别表示分配给第k个用户的BS端第m个子载波的功率和MBS端第η个子载波的功率。我们进一步定义
【权利要求】
1.一种高铁车载基站通信架构下的资源分配方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤: 步骤201:建立高铁车载基站通信架构下的系统模型,计算关于系统容量的目标函数,关于系统容量的目标函数为
2.根据权利要求1所述的一种高铁车载基站通信架构下的资源分配方法,其特征在于,所述步骤201中系统模型为:一个高铁车载基站通信架构下的OFDMA系统,含有N个子载波,K个用户,地面上的BS通过车厢顶部的MBS与车厢内部的多个用户通信,假设在连续的两跳中,信道的瞬时增益保持不变,在第一跳中,BS将信号发送到MBS,在此过程中考虑载波分配和功率分配,在第二跳中,MBS重新分配载波和功率,并将信号转发给K个用户,用SP (k, m, η)表示第一跳中的子载波2,..., N)与第二跳中的子载波n(n=l, 2,...,N)配对,同时子载波对(m,η)分配给用户,子载波对SP (k, m, η)的功率包括和,分别表示分配给第k个用户的BS端第m个子载波的功率和MBS端第η个子载波的功率,进一步定义|Cj|2和ICf是子载波对SP (k,m, η)在BS-MBS链路和MBS-UE链路的信道系数,则 相应的信道系数与干扰噪声的比值分别为
【文档编号】H04L5/00GK103812629SQ201410056627
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2014年2月19日 优先权日:2014年2月19日
【发明者】邱佳慧, 林子怀, 陶成, 谈振辉, 刘留, 刘扬 申请人:北京交通大学
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