专利名称：一种无线电资源分配方法与系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线电资源分配，尤指下链多重输入输出-正交分频多任务接取
(Multiple Input Multiple Output - Orthogonal Frequency Division Multiple Access; MIMO-OFDMA)其传输功率和副载波片段的无线电资源分配方 法，其中该无线电资源分配方法在严峻的通道条件，可大幅降低了计算复杂度。
背景技术：
在下个世代的无线通信中，基于各种应用所衍生的庞大传输量需求，可支 持游牧用户所需10亿位以上数据传输率的无线传输容量及支持高度行动用户 所需兆位以上数据传输率的无线传输容量已变成必要的规格，其中该无线传输 规格可藉由对行动MIMO-OFDMA通信系统的额定用户们实施适当的无线电资源 分配而达成。
正交频率分割多重存取(OFDMA)之所以被公认为目前及未来无线通信的多 重存取代表技术，乃基于其高度频谱利用效率及优越的无线电资源分配弹性。
多重输入输出(MIMO)技术之所以能显著地提升无线通信系统的实质容量， 乃基于其多重天线结构。因此，MIMO-OFDMA遂渐为宽带行动通信系统的一关键 技术。
为了充分利用MIMO-OFDMA通信系统的容量，适当的无线电资源分配是需 要的。在现有的技术中，以OFDMA为基础的知循环比对(roundrobin)分时多 任务接取(Time Division Multiple Access; T画)策略系一典型者，其可用 以提升MIMO-OFDMA通信系统的容量。然而，若把计算复杂度列入考虑，该技术 在容量和计算复杂度之间的表现仍然有改进的空间。因此需要一无线电资源分配技术，其可用更低的计算复杂度提供优越的传输容量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种无线电资源分配方法与系统，可用
以大幅提升行动MIMO-OFDMA通信系统的传输容量。
为了解决以上技术问题，本发明提供了如下技术方案
本发明提供了一种无线电资源分配方法，用于多重输入输出-正交分频多 任务接取系统的下链传输中，依一通道矩阵、 一预定的用户容量条件及复数个 用户的初始传输功率，以决定给该等用户的传输功率及副载波片段，该方法包 含对该通道矩阵施行一矩阵运算以产生一对角矩阵；执行一第一副载波片段分 配运算以产生给该等用户的第一副载波片段，该第一副载波片段分配运算包含 在该等用户的初始传输功率及该预定用户容量条件限制下的一总和容量函数的 最大化计算；依该等第一副载波片段，执行一传输功率分配运算以产生给该等 用户的中间传输功率；以及执行一第二副载波片段分配运算以产生给该等用户 的第二副载波片段，该第二副载波片段分配运算包含该等用户的中间传输功率 及该预定的用户容量条件限制下的该总和容量函数的最大化计其中该总和容量 函数与该对角矩阵、该等用户的传输功率及该等用户的副载波片段有关。
本发明所提关于传输功率及副载波片段的无线电资源分配方法，可在已知 用户信道矩阵的下链行动MIM0-0FDMA系统中，依一算法及由该用户信道矩阵产 生的一对角矩阵，决定给各用户的传输功率及副载波片段，以使该行动 MIM0-0FDMA的总和容量最大化，其中该算法包含一改良的填水(modified water-filling)最佳功率分配方案及一有限制条件的线性规划，该线性规划系 用以使一总和容量函数最大化，其中该总和容量函数代表分配给各用户的容量 的总和且其与各用户的副载波片段、传输功率及该对角矩阵的对角项有关，该 方法包含以下步骤对该通道矩阵施行一矩阵运算以产生一对角矩阵；依一预定的传输功率分配决定各用户的传输功率；依该预定的传输功率分配及可使该 总和容量函数最大化的该有限制条件的线性规划决定一第一副载波片段分配； 依该第一副载波片段分配及该改良的填水最佳功率分配方案决定一传输功率分 配；以及依该传输功率分配及可使该总和容量函数最大化的该有限制条件的线 性规划决定一第二副载波片段分配。
本发明进一步提供了一种无线电资源分配的系统，用于多重输入输出-正交
分频多任务接取系统下链传输中，依一通道矩阵、 一预定的用户容量条件及复
数个用户的初始传输功率，以决定给该等用户的传输功率及副载波片段，该系
统包含一矩阵转换器，用以对该通道矩阵施行一矩阵运算以产生一对角矩阵；
一第一副载波片段分配单元，用以执行一第一副载波片段分配运算以产生给该
等用户的第一副载波片段，该第一副载波片段分配运算包含该等用户的初始传
输功率及该预定的用户容量条件限制下的一总和容量函数的最大化计算； 一传
输功率分配单元，用以依该等第一副载波片段执行一功率分配运算以产生给该
等用户的中间传输功率；以及一第二副载波片段分配单元，用以执行一第二副
载波片段分配运算以产生给该等用户的第二副载波片段，该第二副载波片段分
配运算包含在该等用户的中间传输功率及该预定的用户容量条件限制下的该总
和容量函数的最大化计算；其中该总和容量函数与该对角矩阵、该等用户的传
输功率及该等用户的副载波片段有关。
本发明所提关于传输功率及副载波片段的无线电资源分配的系统，可在已 知用户信道矩阵的下链行动MIM0-0FDMA系统中，依一算法及由该用户信道矩阵 产生的一对角矩阵，决定给各用户的传输功率及副载波片段，以使该行动 MIM0-0FDMA的总和容量最大化，其中该算法包含一改良的填水(modified water-filling)最佳功率分配方案及一有限制条件的线性规划，该线性规划系 用以使一总和容量函数最大化，其中该总和容量函数代表分配给各用户的容量的总和且其与各用户的副载波片段、传输功率及该对角矩阵的对角项有关，该
系统包含 一矩阵转换器，用以对该通道矩阵施行一矩阵运算以产生一对角矩 阵； 一第一副载波片段分配单元，用以依一预定的传输功率分配及可使该总和 容量函数最大化的有限制条件的线性规划决定一第一副载波片段分配； 一传输 功率分配单元，用以依该第一副载波片段分配及该改良的填水最佳功率分配方 案决定一传输功率分配；以及一第二副载波片段分配单元，用以依该传输功率 分配及可使该总和容量函数最大化的该有限制条件的线性规划决定一第二副载 波片段分配。
本发明采用的无线电资源分配方法与系统具有一信道等化方案及一具 线性复杂度的资源分配算法，可用以大幅提升行动MIM0-0FDMA通信系统的传输 容量。
图1为本发明一较佳实施例的方法流程图。
图2为本发明一较佳实施例的方块图。
主要组件符号说明
矩阵转换器200 第一副载波片段分配单元210 传输功率分配单元220 第二副载波片段分配单元230
具体实施例方式
在整个说明书中，本案假定天线的数目为N、用户数目为U、 OFDMA框架的 符号数目为T及各符号的副载波数目为K。
在描述本案的方法所前，系统的信号模型先在此说明。在本发明中，时域 传输信号向量可表为^/^，用户u的接收信号向量可表为<formula>formula see original document page 9</formula>而 解调信号向量可表为<formula>formula see original document page 9</formula>，其中￡^为通道矩阵，wM戈表MIMO-OFDMA传输方案，0 为等效通道矩阵，且^，i^，Z均为 已知。
根据Q"，本案可于其上施行某些矩阵运算以求取讯噪比的信息，供后续的 无线电资源分配运算利用。
请参照图1，其为本发明一较佳实施例的方法流程图。如图l所示，本发明 用于下链行动MIMO-OFDMA关于传输功率及副载波片段的无线电资源分配方法 包含:产生一对角矩阵(步骤a);决定一总和容量函数(步骤b);执行一第一副 载波片段分配(步骤c);执行一传输功率分配(步骤d);及执行一第二副载波片 段分配(步骤e)。
在步骤a中， 一对角矩阵的产生系经由对该等效通道矩阵Q"实施一矩阵分 解运算，其较佳为但不限于QR分解运算，使得0" = &4，其中&为一么正 (unitary)矩阵，及 为一上三角矩阵且其对角项等于该对角矩阵的对角项。该 等效通道矩阵Q"可用在解调信号向量的代表式^-Q"义+『 中，其中:r"为解 调信号向量，X为传输信号向量，『"为外加噪声向量。
在步骤b中， 一总和容量函数Q(^，"，a,iV,a)乃表为C广Zc"，
和容量；C"为用户u所分配到的容量，^，a，a代表符号t选用的副载波k经 天线"分配给用户u的一副载波片段；SM^，"^代表符号t选用的副载波k经 天线a分配给用户U的讯噪比； ^w代表该对角矩阵的对角项；及尸"，^代 表符号t选用的副载波k经天线"所分配到的传输功率。
在步骤c中， 一第一副载波片段分配系依一预定的传输功率分配及该总和 容量函数的最大化而决定<formula>formula see original document page 11</formula>
纖^"，，"，，"，其中C,为总和容量；C"为分配给用户u的容量； ,，， ％均
^，"，a代表该第一副载波片段分配中，符号t选用的副载波k经天线"分配给
用户u的一第一副载波片段；SVi "，"，a代表符号t选用的副载波k经天线a分 配给用户U的讯噪比； ，a，^代表该对角矩阵的对角项；及P"，a代表符号t 选用的副载波k经天线"所分配到的预定的传输功率。
在该总和容量函数的最大化方案中，较佳为但不限于一有限制条件的线性
规划，其具有:一总功率限制l!l!l!/^,a^V，其中iV为总传输功率； 一副
<formula>formula see original document page 11</formula>
载波片段限制I>",a,a"，对所有的",a，其中^，a,^代表符号t选用的
副载波k经天线a分配给用户U的一副载波片段；以及一公平性限制C"/C =Yy，其中C"为分配给用户U的容量，、为设计者所规划的一公平性参数。
在步骤d中， 一传输功率分配的决定系依该第一副载波片段分配及一改良
的填水(water-filling)最佳功率分配方案(其未具公平性限制)
<formula>formula see original document page 11</formula>
，其中Pa，a代
表该传输功率分配中，符号t选用的副载波k经天线《所分配到的一中间传输
功率；A为总传输功率； ，"，a代表该对角矩阵的对角项；及
&，a =mfxw", ,,,,，对应于各副载波(",a)。
在步骤e中， 一第二副载波片段分配系依该传输功率分配及该总和容量函数的最大化而决定
(/一1
AV"'"Va" K=0 a=0,=0"0 ，，，
2
瑪a,n尸"，"，其中Q为总和容量；C"为分配给用户u的容量； ，，， 5>0
w"，"，a代表该第二副载波片段分配中，符号t选用的副载波k经天线"分配给
用户U的一第二副载波片段；SVi^，a，a代表符号t选用的副载波k经天线a分 配给用户U的讯噪比；r"，"，a代表该对角矩阵的对角项；P"，^代表该传输 功率分配中，符号t选用的副载波k经天线《所分配到的一中间传输功率。
在该总和容量函数的最大化方案中，较佳为但不限于一有限制条件的线性
规划，其具有:一总功率限制H§|^,a^，其中iV为总传输功率； 一副载
波片段限制2>M,"，a"，对所有的",a，其中^，a，a代表符号t选用的副载
波k经天线"分配给用户u的一副载波片段；以及一公平性限制C"/C,=、， 其中C"为分配给用户U的容量，Y"为设计者所规划的一公平性参数。
请参照图2，其为本发明一较佳实施例的方块图。如图2所示，本发明用 于下链行动MIMO-OFDMA关于传输功率及副载波片段的无线电资源分配的系统 包含:一矩阵转换器200，其可藉由对一通道矩阵Q"施行一运算以产生一对角 矩阵";c"; 一第一副载波片段分配单元210，其可依该对角矩阵D^产生一第一 副载波片段分配『"1; 一传输功率分配单元220，其可依该对角矩阵D^及该第 一副载波片段分配『^产生一传输功率分配P^;及一第二副载波片段分配单元 230，其可依该对角矩阵D^及该传输功率分配P。i产生一第二副载波片段分配 『"2。中，该对角矩阵D^可藉由一QR分解运算产生，且天
线间的干扰及载波间的干扰均可因该QR分解运算而消除。
在该第一副载波片段分配单元210中，该第一副载波片段分配『^系依一
预定的传输功率分配及一总和容量函数的最大化而产生
^，"，a代表该第一副载波片段分配『。i中，符号t选用的副载波k经天线"分
配给用户u的一第一副载波片段；SiVi "^，a代表符号t选用的副载波k经天
线"分配给用户u的讯噪比； ，"，a代表该对角矩阵D^的对角项；及p"，a 代表符号t选用的副载波k经天线"所分配到的预定的传输功率。
在该总和容量函数的最大化方案中，较佳为但不限于一有限制条件的线性
规划，其具有:一总功率限制|!§ii/va^，其中^为总传输功率； 一副载
波片段限制IU"，"，a"，对所有的",a，其中^，"，a代表符号t选用的副载
波k经天线"分配给用户U的一副载波片段；以及一公平性限制C"/C, =Y", 其中C"为分配给用户u的容量，、为设计者所规划的一公平性参数。
在该传输功率分配单元220中，该传输功率分配p^的决定系依该第一副 载波片段分配『^及一改良的填水(water-filling)最佳功率分配方案(其未 具公平性限制)
c"， ^g(i+1w ,a,a)，及
其中C,为总和容量；C"为分配给用户u的容1
MX MX
，其中/va代表该
a=0 /=0 ho m , wa , j ，a，Qr，《，/r
传输功率分配Pal中，符号t选用的副载波k经天线"所分配到的一中间传输功 率；A为总传输功率； ，"，w代表该对角矩阵D^的对角项；及《。"= 1"气^，
对应于各副载波(",a)。
在该第二副载波片段分配单元230中，该第二副载波片段分配『"2系依该 传输功率分配户。1及该总和容量函数的最大化而决定
^ w-i r-i k-i
/^","u,a," M=0 ——.— ，，，
a=0 (=0 4=0
2
5,
，其中c,为总和容量；C"为分配给用户u的容量;
^，a，a代表该第二副载波片段分配『a2中，符号t选用的副载波k经天线"分 配给用户U的一第二副载波片段；SVi^，a，a代表符号t选用的副载波k经天 线a分配给用户U的讯噪比； ，a，^代表该对角矩阵D^的对角项；及户《,^ 代表该传输功率分配/^中，符号t选用的副载波k经天线《所分配到的一中间 传输功率。
在该总和容量函数的最大化方案中，较佳为但不限于一有限制条件的线性
W—l 7M K—l
规划，其具有:一总功率限制EE2> ，a""其中^为总传输功率； 一副载
a=0 /=0 A=0
波片段限制t;，a，a"，对所有的"，a，其中^，"，a代表符号t选用的副载
波k经天线"分配给用户U的一副载波片段；以及一公平性限制C"/C, =Y"， 其中C"为分配给用户U的容量，、为设计者所规划的一公平性参数。本案所揭示者，乃较佳实施例，举凡局部的变更或修饰而源于本案的技术 思想而为熟习该项技艺的人所易于推知者，俱不脱本案的专利权范畴。
权利要求
1.一种无线电资源分配方法，用于多重输入输出-正交分频多任务接取系统的下链传输中，依一通道矩阵、一预定的用户容量条件及复数个用户的初始传输功率，以决定给该等用户的传输功率及副载波片段，其特征在于，该方法包含对该通道矩阵施行一矩阵运算以产生一对角矩阵；执行一第一副载波片段分配运算以产生给该等用户的第一副载波片段，该第一副载波片段分配运算包含该等用户的初始传输功率及该预定用户容量条件限制下的一总和容量函数的最大化计算；依该等第一副载波片段，执行一传输功率分配运算以产生给该等用户的中间传输功率；以及执行一第二副载波片段分配运算以产生给该等用户的第二副载波片段，该第二副载波片段分配运算包含该等用户的中间传输功率及该预定的用户容量条件限制下的该总和容量函数的最大化计算；其中该总和容量函数与该对角矩阵、该等用户的传输功率及该等用户的副载波片段有关。
2. 如权利要求l所述的无线电资源分配方法，其特征在于，该矩阵运算 为QR分解运算。
3. 如权利要求1所述的无线电资源分配方法，其特征在于，该总和容量<formula>formula see original document page 2</formula>函数为 <formula>formula see original document page 2</formula>其中"",^a代表符号t选用的副载波k经天线《分配给用户u的一副载波片段， ，"，a代表该对角矩阵的对角项，及Pa，a代表符号t选用的副载波k经天线"所分配到的传输功率。
4.如权利要求i所述的无线电资源分配方法，其特征在于，该传输功率 分配运算为<formula>formula see original document page 3</formula>，其中户a，a代表该传输功率分配中，符号t选用的副载波k经天线"所分配到的一中间传输功率； A为总传输功率； ，"，a代表该对角矩阵的对角项；及^^-m"ax^,a，,"对应于各副载波(",a)。
5.如权利要求1所述的无线电资源分配方法，其特征在于，该传输功率 分配运算包含一总功率限制，其为该等中间传输功率的总和小于或等于一总功
6. 如权利要求1所述的无线电资源分配方法，其特征在于，该第一副载 波片段分配运算包含一副载波限制，其为各副载波的该等第一副载波片段的总 和小于1。
7. 如权利要求1所述的无线电资源分配方法，其特征在于，该第二副载 波片段分配运算包含一副载波限制，其为各副载波的该等第二副载波片段的总 和小于1。
8. 如权利要求1所述的无线电资源分配方法，其特征在于，该预定的用 户容量条件系由一公平性限制方程式(^/c 二、所决定，其中Q为分配给一用户的一容量函数，Q为该总和容量函数及T"为与该用户对应的一公平性参 数。
9. 一种无线电资源分配的系统，用于多重输入输出-正交分频多任务接取 系统下链传输中，依一通道矩阵、 一预定的用户容量条件及复数个用户的初始 传输功率，以决定给该等用户的传输功率及副载波片段，其特征在于，该系统 包含一矩阵转换器，用以对该通道矩阵施行一矩阵运算以产生一对角矩阵；一第一副载波片段分配单元，用以执行一第一副载波片段分配运算以产生 给该等用户的第一副载波片段，该第一副载波片段分配运算包含该等用户的初 始传输功率及该预定的用户容量条件限制下的一总和容量函数的最大化计算；一传输功率分配单元，用以依该等第一副载波片段执行一传输功率分配运 算以产生给该等用户的中间传输功率；以及一第二副载波片段分配单元，用以执行一第二副载波片段分配运算以产生 给该等用户的第二副载波片段，该第二副载波片段分配运算包含该等用户的中 间传输功率及该预定的用户容量条件限制下的该总和容量函数的最大化计算；其中该总和容量函数与该对角矩阵、该等用户的传输功率及该等用户的副 载波片段有关。
10. 如权利要求9所述的无线电资源分配的系统，其特征在于，该矩阵运 算为QR分解运算。
11. 如权利要求9所述的无线电资源分配的系统，其特征在于，该总和容量函数为<formula>formula see original document page 5</formula>其中"",",a代表符号t选用的副载波k经天线"分配给用户u的一副载波片段， ^a代表该对角矩阵的对角项，及Pa，a代表符号t选用的副载波k经天线"所分配到的传输功率。
12.如权利要求9所述的无线电资源分配的系统，其特征在于，该传输功率分配单元包含一功率计算器，用以执行一功率分配方案，该功率分配方案为<formula>formula see original document page 5</formula>其中p"，a代表该传输功率分配中，符号t选用的副载波k经天线a所分配到的一中间传输功率；P,为 总传输功率；"，"，a代表该对角矩阵的对角项；及= m"axcy ,a# ，对应于各副载波(",a)。
13. 如权利要求9所述的无线电资源分配的系统，其特征在于，该等中间传 输功率的总和小于或等于一总功率。
14. 如权利要求9所述的无线电资源分配的系统，其特征在于，该等第一副 载波片段的总和小于l，对应于所有的副载波。
全文摘要
本发明公开了一种无线电资源分配方法与系统，可用以大幅提升行动MIMO-OFDMA通信系统的传输容量。该方法包含对该通道矩阵施行一矩阵运算以产生一对角矩阵；执行一第一副载波片段分配运算以产生给该等用户的第一副载波片段，该第一副载波片段分配运算包含该等用户的初始传输功率及该预定用户容量条件限制下的一总和容量函数的最大化计算；依该等第一副载波片段，执行一传输功率分配运算以产生给该等用户的中间传输功率；以及执行一第二副载波片段分配运算以产生给该等用户的第二副载波片段，该第二副载波片段分配运算包含该等用户的中间传输功率及该预定的用户容量条件限制下的该总和容量函数的最大化计算。
文档编号H04W72/04GK101557643SQ20091012631
公开日2009年10月14日 申请日期2009年2月26日 优先权日2008年4月8日
发明者朱峰森, 陈光祯 申请人:晨星软件研发(深圳)有限公司;晨星半导体股份有限公司