基于空闲用户设备辅助的ofdma系统上行子信道分配方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于空闲用户设备辅助的OFDMA系统上行子信道分配方法。所述方法在现有的基于消息传递策略的OFDMA系统上行子信道分配算法的基础上进行了改进，主要是对演进型基站和接入用户之间通过消息传递迭代进行子信道分配决策的过程运算中涉及的选择运算进行了优化，由接入用户和其周围的空闲用户共同完成选择算法的初次partition运算，并且对选择算法也予以了改进，使之只需调用一次选择算法即能完成序号相连的两个元素的选择。与现有技术相比，本发明以极小的额外通信开销和延时，通过空闲用户协助，以及新的选择算法，使得子信道分配提速。本发明对信道快速变化的通信系统，具有尤为重要的应用价值。
【专利说明】基于空闲用户设备辅助的OFDMA系统上行子信道分配方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种0FDMA系统子信道快速分配方法，属于无线通信系统领域。
【背景技术】
[0002] 无线通信系统合理的资源分配是实现信息高效传输的重要条件，而信道是无线通 信系统最重要的资源之一，0FDMA系统的子信道分配往往涉及选择运算。为了便于描述， 我们首先定义如下符号：处于接入状态的用户设备（User Equipment, UE)(以下称之为 active UE)集合为U，处于空闲状态的用户设备（以下称之为idle UE)集合为V，子信道 集合为F。标签为u的UE用UEU表示。
[0003] 目前的分布式资源分配方案之一是基于消息传递（Message Passing, MP)策略，其 优点是，其一，复杂的计算由演进型基站（eNodeB)和UE共同参与完成，而且UE的分担的份 额更大，因而减轻了基站的负担；其二，每个UE只需根据本地消息做出决策。基于消息传递 的上行资源分配次优算法一般分两步进行：第一步是子信道分配，每次迭代所做的工作是 UEU Vm e U，从一个数组（集合）中挑选出各自的第ru小的元素，其中ru为UEU的子信道配 额；第二步是比特加载。本发明旨在对第一步予以改进，使其运算速度加快。算法的场景如 图1所示。
[0004] 文献Message passing resource allocation for the uplink of multi-carrier multi-format Systems(IEEE Trans. Wireless Commun. , vol. 11, no. 1, pp. 130-141, Ja n. 2012.)中提出的基于消息传递（Message Passing, MP)策略的子信道分配方案，与其同 义的主程序伪代码如表1所示。迭代停止的检验条件是X(t+1) = X(t)得到满足，即相继两次 迭代生成的子信道归属矩阵X未变，若满足此条件则迭代停止，信道分配方案最后确定，否 则继续调用消息传递迭代子程序，如表2所示。
[0005]
【权利要求】
1. 一种基于空闲用户设备辅助的OFDM系统上行子信道分配方法，其特征在于：所述 方法包括如下步骤： (1) 接入用户在准备接入时根据与空闲用户之间的信道情况选择若干空闲用户作为参 与子信道分配运算的协助者，并与协助者制定通信协议； (2) 演进型基站eNodeB进行信道估计和功率矩阵、各接入用户的子信道配额向量、迭 代序号、下行消息矩阵以及子信道归属判决矩阵的初始化； (3) eNodeB和接入用户之间通过消息传递迭代进行子信道分配决策的过程运算，若相 继两次迭代生成的子信道归属判决矩阵不变，则迭代结束，子信道分配方案确定； 所述步骤（3)中每次迭代的子信道分配决策的过程运算包括： (3. 1) eNodeB根据上行消息计算下行消息，并广播下行消息，初次下行消息设置为零； (3. 2)各个接入用户及各自的协助者收听下行消息，结合下行消息、功率矩阵和各接入 用户的子信道配额共同完成上行消息的求解运算，接入用户根据运算结果设置上行消息并 发送给eNodeB ; (3. 3)各接入用户基于上行消息和下行消息获得子信道归属判决矩阵。
2. 根据权利要求1所述的基于空闲用户设备辅助的0FDMA系统上行子信道分配方法， 其特征在于： 步骤（3.2)中各个接入用户及各自的协助者结合下行消息、功率矩阵和接入用户的子 信道配额共同完成上行消息的求解运算的步骤包括： ㈧各接入用户将功率矩阵中本用户接入每个子信道所需功率，与下行 消息矩阵中本用户关于对应各子信道的消息，二者相力P，形成一个数组;
其中t为迭代序号，Py为功率矩阵中用户 接入子信道所需功率，
为eNodeB对UEU发送的关于子信道的下行消息，]p为子信道集 合； (B)各接入用户通过选择运算从数组〇"中选出第
小的元素，其中ru为 用户u的子信道配额； 所述步骤（B)中选择运算采用Hoare's Find选择算法，首次partition操作由接入用 户及其协助者共同完成，后续的partition操作由接入用户独立完成。
3. 根据权利要求2所述的基于空闲用户设备辅助的0FDMA系统上行子信道分配方法， 其特征在于： 所述首次partition操作由接入用户及其协助者共同完成的具体步骤为： (B11)以数组
中的第一个元素
为pivot，数组
中的其他元素与pivot的比 较运算由UEU及其协助者均分，UEU及其协助者作
的比较运算，其中， i为UEU及其协助者的编号，UEU的编号为2,其协助者的编号为
:表示向上取整； (B12)UEU的协助者将比较运算结果报告给UEU ; (B13)根据步骤（B12)得到的比较结果进行第一次partition操作，得到结 果：
其中，
是pivot，4>u中的所有元素均小于等于
中的所有元 素均大于
4. 根据权利要求3所述的基于空闲用户设备辅助的0FDMA系统上行子信道分配方 法，其特征在于：步骤（B12)中，每个编号i为的协助者只在存在
时将比较结果报告给UEU，报告采用通信制式是0FDMA，若UE U未收到编号 i为的协助者的报告，则默认
5. 根据权利要求2所述的基于空闲用户设备辅助的0FDMA系统上行子信道分配方法， 其特征在于： 所述后续的partition操作由接入用户独立完成的具体步骤为： (B21)接收经过第一次协作完成的partition操作后形成数组
其中
为pivot元素，p为其在中的序号，的一个子数组，其中的元素均小于
的一个子数组，其中的元素均大于
，nSpartition操作的轮次，此时 为1 ; (B22)判断是否ru = p，若4 = 口则
即为数组中的第rjh小的元素，选中它予以 存储，并且将作为下一次partition操作的输入数组，令ΦΜ = 0U，若ru尹P，则再判断 是否ru+l =p，若是，则
即为数组中的第
小的元素，选中它并予以存储，并 将杏!!作为下一次partition操作的输入数组，令= (&u;若ru尹ρ且ru+l尹ρ，则判断是 否ru〈p,若是，则将(f>u作为下一次partition操作的输入数组，令Φ ω = (f>u，若否，则将4^ 作为下一次partition操作的输入数组，令ΦΜ = Φυ; (Β23)接收输入数组Φ"，进行partition操作并输出数组
上述步骤（B22)和（B23)循环执行，直至第
小和第
小的元素均被选中，则 将其输出，结束循环。
【文档编号】H04W72/04GK104159308SQ201410378155
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月1日 优先权日:2014年8月1日
【发明者】宋铁成, 顾斌, 胡静, 孙大飞, 张雷, 吴名, 郭洁, 沈连丰 申请人:东南大学