一种基于ofdma中继网络的无线资源分配方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种基于0FDMA中继网络的无线资源分 配方法。
【背景技术】
[0002] 第四代移动通信的主题是无处不在的高速率覆盖以满足人们日益增长的通信需 求，在给定的珍贵频谱上，只有高效地利用有限的频谱，最大化频谱资源利用效率，才能提 高整个小区的吞吐量以满足人们的通信需求。因此正交频分多址接入（0FDMA)空中接口技 术和中继技术的结合是无线通信的发展趋势。这两种技术的结合能够提供更大的潜在多用 户分集增益和频率分集增益来提高用户的接收性能，并且能够利用自适应的分配技术来合 理有效地实现用户的要求。同时吸收这两种技术的优点可以提高系统的吞吐量，以满足小 区所有用户的服务需求。并且这将引起资源分配领域的一场改革，要想在这两种新技术结 合的基于0FDMA的中继网络的新系统中挖掘其巨大的潜在性能，并抓住这个新系统需求的 巨大机遇，需要开发更加高效和智能的无线资源分配方案来应对新系统带来的一些新的困 难和挑战。
[0003] 在无线通信系统的资源分配问题中，频谱效率和公平性是一对矛盾的系统性能。 在无线网络的环境中，由于不同用户之间的信道条件相差非常大，所以要想它们在某个性 能上达到绝对的公平是非常难的。例如对于边缘用户和中心用户来说，边缘用户的信道条 件与中心用户的信道条件相差很多，如果要求边缘用户的数据速率和中心用户的数据速率 近似，就需要给边缘用户分配更多的频谱资源，这样就会导致频谱的利用效率很低。因此要 达到高的公平性性能就会降低系统的频谱效率，从而牺牲系统的吞吐量。另一方面，如果把 系统的所有资源都分配给信道条件最好的用户比如中心用户，那么系统的频谱效率将会达 到所能达到的最高，但是这样用户之间公平性会很低，因此要提高系统的吞吐量就会牺牲 用户之间的公平性能。所以在用户公平性和系统吞吐量之间要找到一种高效的折中方案是 非常重要也是非常困难的。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种基于0FDMA中 继网络的无线资源分配方法，在基站子帧中，针对每个子信道每个用户加入所选中继在此 子信道上的候选用户集，选取链路最大度量因子作为各子信道的度量因子，选择度量因子 最大的子信道分配给对应的链路；在中继子帧中，针对每个子信道计算每个链路的度量因 子并组成度量矩阵，对度量矩阵进行子信道和链路的最优配对。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，提供一种基于0FDMA中继网络的无 线资源分配方法，所述方法包括：
[0006] 基站子帧信道分配步骤：
[0007] S11、计算0FDMA中继网络中每条中继用户链路的传输速率，每个用户均选择到自 身传输速率最大的中继，并加入其所选中继的候选用户集中；
[0008] S12、分别计算第n个子信道上的基站到第k个用户的链路度量因子Dn， BS k和第n 个子信道上的基站到第m个中继的链路度量因子; n = 1，2,. . .，N，N为子信道总 数；m = 1，2, ? ? ?，M，M为中继总数；
[0009] 基站用户链路度量因子，其中RBS, k, n为第n个子信道上的基站到 第k个用户的链路传输速率，gf为第k个用户在所述第n个子信道上的基站的数据队列长 度；
[0010] 基站中继链路度量因子
其中 为第n个子信道上的基站到第m个中继的链路传输速率，gf?为第k个用户在第m 个中继的数据队列长度，二进制分配变量
[0011]
[0012] S13、从所述Dn，BS k和所述中选择最大值作为第n个子信道的度量因子；
[0013] S14、从所有未分配的子信道中选取度量因子最大的子信道，并将其分配给该度量 因子对应的链路，求解该子信道的信道数据传输量，更新用户k在基站或中继的队列长度；
[0014] S15、重复步骤S12-S14直至完成所有剩余基站子帧信道的分配；
[0015] 中继子帧信道分配步骤：
[0016] S21、在中继子帧中针对每个子信道，计算每个基站用户链路度量因子，从中选择 最大的度量因子作为该子信道上基站的度量因子D n，BS，所述凡
[0017] S22、在每个子信道上，针对每个中继计算所有中继用户链路的度量因子，并从中 选取最大的度量因子作为该子信道上中继的度量因子D nini，所述1 为第n个子信道上的中继m到用户k的链路传输速率，€用户k在中继m上的数据队 列长度；
[0018] S23、构建度量矩阵D = [Dn,BS Dn,J，对度量矩阵D进行子信道和链路的最优配对， 将M+1个子信道分配给基站和M个中继，根据分配结果计算对应用户数据量，更新基站和中 继的用户队列；
[0019] S24、重复步骤S22-S23直至所有剩余子信道的分配完成或基站和中继用户队列 为空时停止，中继子帧信道分配完成。
[0020] 因此，本发明可以获得以下的有益效果：在基站子帧中，针对每个子信道每个用户 加入所选中继在此子信道上的候选用户集，选取链路最大度量因子作为各子信道的度量因 子，选择度量因子最大的子信道分配给对应的链路，通过划分中继候选用户集的方式，所有 用户都按照中继的传输速率划分至对应中继的候选用户集中，避免了基站将用户数据发送 至用户信道条件差的中继；在中继子帧中，针对每个子信道计算每个链路的度量因子并组 成度量矩阵，对度量矩阵进行子信道和链路的最优配对，使得在保证负载平衡和系统用户 公平性的前提下，每个子信道都得以高效利用。本发明方法联合考虑链路传输速率和用户 队列长度，将其作为资源分配的度量因子，从而保证所有数据都能够高效传输，提高了小区 用户的吞吐量。
【附图说明】
[0021] 图1是本发明0FDMA中继小区网络的模型示意图；
[0022] 图2是本发明0FDMA中继小区网络的帧结构示意图；
[0023] 图3是本发明基站子帧的信道分配步骤流程示意图；
[0024] 图4是本发明中继子帧的信道分配步骤流程示意图。
【具体实施方式】
[0025] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要 彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0026] 图1为本发明一个实施例中0FDMA小区中继网络的下行传输场景。在一个六边形 小区中，基站（Base Station，BS)在M个中继（Relay Station，RS)的辅助下与K个用户终 端（User Terminals，UT)进行数据通信，并且基站放置在六边形小区的中心。
[0027] 在路由选择机制的帮助下，每个用户终端都可以同时和基站或中继在不同的子信 道上进行通信，并且在数据传输过程中选用自适应调制编码机制。
[0028]图2为本发明帧结构示意图。中继均工作在时分模式，数据帧长度划分为等长的 两个连续的子帧，分别为基站子帧和中继子帧。在基站子帧中，仅仅只有基站向中继和用户 传输数据。在中继子帧中，基站和中继分享频率，且均向用户传输数据。假定所有信道的信 道相干时间都长于帧长，即信道条件在一帧内是假定不变的，只在不同帧之间信道才发生 变化。
[0029] 基站和中继的子信道分配方案包括基站子帧的信道分配和中继子帧的信道分配 两部分，具体说明如下：
[0030] S1、在基站子帧中针对每个子信道，首先每个用户从所有中继中选择链路传输速 率最高的中继，同时该用户加入此子信道上该中继的候选用户集中；其次计算每个基站中 继链路和基站用户链路的度量因子，并选取链路中最大度量因子作为此子信道的度量因 子；最后在所有未分配的子信道中选择度量因子最大的子信道分配给对应的链路，并更新 基站或中继队列。重复步骤S1直至所有子信道均分配完成。
[0031] S2、在中继子帧中针对每个子信道，计算每个基站用户链路和中继用户链路的度 量因子并分别对基站和每个中继选取度量因子最大的链路组成度量矩阵，并利用匈牙利算 法对度量矩阵进行子信道和链路的