专利名称：：一种适用于mc-cdma系统的归一子载波分配方法
技术领域：
：本发明属于无线通信
技术领域：
，涉及到分组多载波码分多址接入技术在下行无线通信链路中的载波自适应分组分配方案，
发明内容主要关于多载波码分!址链路中根据部分信道信息进行的载波动态迭代分配方案。
背景技术：
：码分多址(CDMA)作为一种多址接入技术，相对于传统的多址接入方式如时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)而言，具有频谱利用率高，系统容量大，抗衰落、干扰能力强，高效实现、灵活接入等不可比拟的优点。但是由于频率选择性多径衰落信道的存在，CDMA容易受到多用户干扰(MUI)和符号间干扰(ISI)的影响。由正交频分复用(OFDM)衍生而来的正交频分多址接入(OFDMA)可消除MUI的影响。但OFDMA在不使用差错编码的时候，i以获得由多径所带来的分集增益。融合上述两种技术，利用CDMA与OFDMA之间互补之处，构造出适用于下行链路的多载波码分多址(MC-CDMA)技术。MC-CDMA技术和自适应载波分组方案的结合，产生了自适应分组MC-CDMA系统。常见的子载波分组方案有连续子载波分组和等间隔子载波分组。连续子载波分组，即按照子载波序列顺序，相邻若干子载波被分到一组中，载波组的子载波序列集合为Fz[f(一糾,f("，,…,U],这里"=1,2,...，~。等间隔子载波分组，即相等频率间隔选取iV个子载波组成一组，载波组的子载波序列集合为F^[Hg化,…,f(n)WgJ，此处"-l,2,…，7Vg。将子载波按照特定的规律分组，使用同一载波组的用户由扩频码字区分，而不受其他组用户的干扰。
发明内容传统的多载波码分多址(MC-CDMA)系统中的载波分配方案需要反馈用户在所有子载波上的信道信息，并根据用户在各个载波上的信噪比(SNR)或各载波组上的等效信噪比进行载波分配。用户需要反馈的信道信息较多，降低了频谱资源的利用效率。根据信噪比进行分配，没有考虑多址干扰的影响，给系统带来了一定的容量损失。为了抑制多址干扰对传输速率的影响，并减少用户需要反馈的信息量，本发明提出了一种有效的子载波组分配准则。自适应分组多载波码分多址(AG-MC-CDMA)系统的子载波分组方式如下假定系统总的子载波数为M,将它们分为7^组，每组所包含的子载波数为W^M/A^。此处子载波数M和载波组数7Vg都是设计参数，可以根据需要适当的选取M和A^。每个用户选择一个载波组来传输信息承载符号，每个载波组最多可容纳7V个用户，不同载波组处于不同的频^L，因此不同载波组的用户可以使用相同的扩频码。由于在MC-CDMA中每组载波可容纳多个用户，对载波组进行分配可从另一个角度看为对用户进行分配，实质都是决定用户使用哪个载波组的问题，因此在下文中不再区分子载波分配和用户分配概念。新的子载波组分配方案的原理如下依据最小均方差错准则(MMSE)检测，用户端计算得到其在各个载波组内的等效信干噪比(SINR)《，f=l，2,...,iVg,M=l，2,...,t/r，此处&表示系统激活用户数。《体现了用户在子载波组上信道条件的好坏。用户反馈其在各载波组的等效SINR信息至基站端。根据用户的反馈信息，基站计算第/个子载波组的等效平均SINR值X,二,1+;L;)(1+;L"…(1+《"。《与I,的比值定义为等效归一SINR值《，用来确定用户分配优先级。在子载波组分配的过程中，经过多次迭代，每次迭代分配一个用户，如果每次4皮分配的用户都选择最大的《，那么所有用户全部被分配之后，系统在整个带宽内的传输速率也就接近最优。所以《的大小近似反映了将第w个用户被分配到第/个子载波组对于总传输速率的重要性。本发明利用这一性质在每次迭代过程中根据《"=l,2,...,f/r,/=1,2,...,气)来确定子载波分配的优先级。本发明提供的子载波组分配方案包括如下步骤考虑一个分组MC-CDMA系统，激活用户数为,子载波数为M，采用等间隔分组方式。在执行本方案前，设定采用的扩频码长度为iV，那么分组数为^。在移动台，用户根据信道信息计算其在各个子载波组的等效信干噪比7V(SINR),即A二Z①"/，并将其返回基站端。《表示用户w在第/个子载波组的等效SINR，/=1,2,...,A^，w=l,2,...,t^，w表示载波组中子载波的编号。其中①"—《J2/(|/^,|2+CT2)，《"表示第t/个用户在第/个载波组中第"个子载波上的信道衰落系数，c^表示噪声方差。基站在接收到移动台返回的部分信道信息后，根据等效SINR计算用户等效平均SINR，Z.=,l+A/)(l+《)…(l+《0，再据此计算用户等效归一SINR值，《=(1+《)/《，其中hl,2,…，A^，w=l，2,...,t/r。然后进行迭代分配。在每次迭代中，从t/,iVg个《中选出最大值，作为决定第M个用户被分配到第i个子载波组的依据。在分配过程中对《进行迭代更新，当用户被分配后，令其在所有子载波组上的等效归一SINR值为零，即此用户不再参与后续分配。当某个子载波组可容纳的用户数达到最大时，令所有用户在其上的等效归一SINR值为零，即此子载波组不再参与后续分配。与此同时去除已分配用户和满用户子载波组对等效平均SINR值的影响，迭代计算载波組等效平均SINR值和用户等效归一SINR值分配下一个用户。本发明所提出的自适应子载波组分配的优点是通过归一化的分配优先级，确定了分配的先后顺序，并能在分配过程中不断更新分配优先级，提供了更为精确的分配结果，不仅提高了系统的传输速率，同时还降低了计算复杂度。图1示出了根据部分信道信息进行子载波组分配的MC-CDMA发射端系统框图。图2示出了MC-CDMA系统用户接收端系统框图。图3示出了本发明的系统分配计算总流程。图4示出了基站端计算等效归一SINR值《的流程<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>。图5示出了用户端计算等效SINR值《的流程，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>。图6示出了基站端更新^，#^以及《的流程，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>。表1示出了仿真中系统所采用的具体参数。图7示出了总用户为32情况下本发明与RCG算法，随机算法的性能比较。图8示出了总用户为64情况下本发明与RCG算法，随机算法的性能比较。图9示出了总用户为128情况下本发明与RCG算法，随机算法的性能比较。具体实施方式下面通过附图以及实施例对发明进行详细阐述。图1示出了根据返回部分信道信息进行子载波组分配的MC-CDMA发射端系统框图。假设系统激活用户数为t^，子载波总数为M。基站已知移动台返回的部分信道信息，计算等效归一SINR值《。扩频码长度设为W,子载波组数为7Vg^M/iV。基站端对所有的用户实施等功率分配，通过对用户子载波组的优化选择来达到系统总的传输速率最大化。即<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>Ui为第i个子载波组实际容纳的用户数，5为子载波带宽，B为用户W在子载波组i上的等效SINR。图2示出了MC-CDMA系统用户接收端系统框图。用户将其在所有子载波组上的等效SINR反馈至基站端，参与子载波组分配。对基站发射的信号，用户端进行检测并还原用户数据。图3示出了本发明的系统分配计算总流程，用于在图1中的子载波组分配部分。该流程从步骤301开始，进入初始化步骤302。其具体操作过程如下对于卜1,2，…,A^，定义向量A,用来存放第/个子载波组分得的用户的序号，定义弁A,为A,中的元素个数。初始化过程令A,0,弁A,二O。此后，进入步骤303，对于第/个子载波组，计算等效归一SINR值《作为第w个用户分配到第/个子载波组的比较依据，其中/=l,2，...，7Vg,w=l,2，...，t/r。在步骤304，开始进入循环流程，设定计数变量初始值"=1。在步骤305,从《值(/=l，2，...,iVg,w=l,2，...，/7r)中挑选出最大值，并得到其序号m和z'，分别赋予a与/。在步骤306,'承接上一步结果，将用户a分配至第y个载波组。在步骤307,更新A,.，弁A,以及《值，其中hl，2,…,A^,w=l,2,...，C/r。在步骤308，计数变量增加一个计量单位，即"="+1。在步骤309，在此步骤对计数变量进行判断，若wSK为真则返回至305#骤，否则进入步骤310，结束流程。图4示出了基站端计算等效归一SINR值《的流程，(/=l，2，...，7Vg,M=l,2,...,f/r)。计算流程从步骤401开始进入步骤402计算所有用户在各个载波组的等效SINR值，即(i=l，2，...,Ws，u=l,2,...,t/r)。其具体计算过程将在图5中示出。在步骤403,初始化向量B二1,^,C二l,^分别表示未被分配的用户和用户未满的子载波组，定义#B和#C分别表示B和C中的元素个数。。在步骤404,从图6接受更新向量B,C。在步骤405,在分配流程开始后检测并赋值向量B'，C'用于下面的计算，此处B'为向量B非l元素序号集合，C'为向量C非l元素序号集合。在步骤406,初始化计数变量/=1,4=C'(/)。在步骤407,计算每个子载波组的平均等效SINR，即所有用户等效SINR的几何平均值夂,+《)(l+《)…(l+《"在步骤408，初始化计数变量"=1,a-B'O)。在步骤409，计算《。=(1+&)/1;,即用户在某组的等效SINR与平均等效SINR的比值。在步骤410，计数变量增加一个计量单位，即^^B'(m+1)。在步骤411，对计数变量进行判断，若计数变量小于等于^B'(未被分配的用户数)，则返回到步骤409继续流程，否则进入步骤412。在步骤412,.计数变量增加一个计量单位，即/[:=(:'(/+1;)。在步骤413,对计数变量进行判断，若计数变量小于等于弁C(未被分配的子载波组数)，则返回到步骤407继续流程，否则进入步骤414结束。图5示出了用户端计算等效SINR值《的流程，(z'-l,2,…,A^,tz=l,2，...,C/『)，本流程在各个移动台进行。从步骤501开始，进入502步骤，对计数变量初始化/=1。在步骤503,计算0^=凡:在步骤504,.计算用户在子载波组上的等效SINR值:在步骤505,计数变量增加一个计量单位，即/=/+1。在步骤506,对计数变量进行判断，若计数变量小于等于Wg,则返回到步骤503继续计算流程，否则进入步骤507结束流程。图6示出了更新A,弁A以及《的流程，(z'=l，2,...,A^，"=l，2,...，f/r)。从步骤601开始进入步骤602,对A^以及弁A"进行更新，具体过程如下当用户a被确定分配到第P个子载波组时，将a序号放入到A^中，并对A"中的元素个数加1,即^A一A,1。在步骤603，'初始化计数变量/二l。在步骤604,当用户a被分配至子载波组后，将《置为0，其中/=1,2,...,A^，此用户不再参与后续的分配。在步骤605，对计数变量进行判断，当/=^为真时进入步骤606,反之进入多骤608。在步骤606，对计数变量进行判断，当^A^二7V为真时进入步骤607，反之进入步骤608。在步骤607,当第"个子载波组容纳的用户数达到其最多可容纳的用户数时，将《置为0，其中"=1,2，...，^,此载波组不再参与后续的分配。在步骤608，计数变量增加一个计量单位，即z'-z'+l。在步骤609,在向量B，C中，将已分配的用户和已满的子载波组对应元素f为O,表示该元素已分配完，在更新计算中不再参与计算。在步骤610,对计数变量进行判断，若"iVg返回到步骤604继续更新过程，否则进入步骤611结束。性能分析图7至图9所示为在6径信道条件下本发明与传统RCG分配算法，随机分配算法在分组MC-CDMA方案中的性能比较。RCG是著名的子载波分配算法，通过相应的改进以适用于分组MC-CDMA方案，其性能接近最优，而复杂度相对较低。随机分配算法即将载波组随机分配给用户，分配简单，但性能亦有限。由于最优算法难以实现，在此用RCG，随机算法与本发明算法做性能仿真比较。'表1给出了仿真系统中涉及到的具体参数，如用带宽、载频、用户数、子载波数、扩频码长等等。为简单公平起见，在仿真中采用等功率分配。图7-9分别示出了32,64，128用户的性能仿真图，横坐标表示发射信噪比，纵坐标表示系统总的传输速率。可以从仿真图看出，本发明算法的性能明显好于随机算法，同时也好于RCG算法。复杂度分析在此，对本发明所提出的算法进行筒要复杂度分析'初始计算《，(f=l,2"..，Wgz^l,2,…,^)的复杂度近似为0(tVVg),分配过程中更新《并确定用户优先级的复杂度近似为0(^(A^+logt/。)。当系统子载波数较大时7^〉logt^，算法的复杂度近似为(9(C^iVg》可以看出，算法中初始化和更新部分的复杂度在一个数量级，虽然算法进行迭代的分配方案，迭代部分看似复杂，其实并没有引进大量的复杂度，因此本发明的计算复杂度约为,即本发明的复杂度与用户数和子载波组数的乘积呈线性关系。作为参考，我们引入在OFDMA系统中的经典算法RCG算法进行复杂度的对比，为公平起见，对RCG算法进行一定的改造，使其可以在分组子载波系叙中使用。我们知道RCG算法的复杂度主要决定于信道的状态，可从两种极端情况对其复杂度做出粗略分析，在最理想的信道状态情况下，其复杂度为0(tVVg)，在最不理想的信道状态情况下，其复杂度为0(^A^2)。也就是说RCG算法的复杂度在(9(^Ag0(^《)之间浮动。在实际系统中，算法的最大复杂度往往是决定其可行性的重要因素之一。在实际的MC-CDMA系统中采用较短的组内扩频码长度更利于多用户检测的实施，因此相对于RCG算法的最大复杂度为O(UTNg2)，本发明降低了实施中的计算复杂度。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>权利要求1、一种适用于多载波码分多址(MC-CDMA)系统的动态子载波组分配方案，该方案的特征在于基站根据用户反馈的部分信道信息，首先确定用户的初始归一分配优先级，并将优先级最高的用户分至对应的载波组，然后在分配过程中对用户逐步迭代更新归一分配优先级，每次迭代过程对应一个用户至分配的载波组。2、根据权利要求l所述用户反馈至基站的部分信道信息，其特征在于用户不需要返回基站全部信道信息，仅返回本用户在各个子载波组的等效信干噪比(SINR)，即《，其中/^l,2,…,iVg，"=1,2,...,^/广此处A^表示子载波分组数，t/,表示系统激活用户数。3、根据权利要求2所述用户等效SINR值，其计算方法在于<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>,其中<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>。此处，w表示扩频码长度，//"表示第w个用户在第/个子载波组的第M个载波上的信道衰落系数，^表示噪声方差。4、根据权利要求l所述基于归一分配优先级的子载波组分配方案，其分配步骤如下基站计算用户等效归一SINR值《，即归一分配优先级；从《值中挑选出最大值，为其对应的用户和子载波组编号(分别记为a和将第a个用户对应至第/个子载波组；更新《，重复以上步骤直到所有激活用户都被对应至相应子载波组上。5、根据权利要求4所述的用户等效归一SINR值，其计算步骤如下首先计算载波组等效平均SINR值<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>,再根据上述等效SINR值计算等效归一SINR值<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>6、根据权利要求4所述的更新《的方法，其特征在于当第a个用户被分配后，令《=《_..=^^=0,即第a个用户不再参与后续分配。当-个子载波组容纳的用户数达到满用户时，令《二^^..^^^=0,即第-组不再参与后续分配。与此同时，去除已分配用户和子载波组对载波组等效平均SINR值计算的影响，迭代计算载波组等效平均SINR值和用户等效归一SINR值。全文摘要本发明提供了一种基于用户归一优先级的动态子载波组分配方案，适用于多载波码分多址(MC-CDMA)系统。其子载波组分配的基本原则是基站根据各用户反馈的部分信道信息，确定初始归一分配优先级并在分配过程中迭代更新，根据优先级依次将用户群对应至子载波组。与传统的子载波组分配方案相比，本发明提供的方案在优化了的传输速率的同时降低了算法的复杂度。文档编号H04Q7/36GK101132266SQ20071011884公开日2008年2月27日申请日期2007年6月13日优先权日2007年6月13日发明者亮伞,刘元安,鹏张,王亚琛,刚谢申请人:北京邮电大学