专利名称：Mimo-ofdma无线中继系统的分布式资源分配方法
MIMO-OFDMA无线中继系统的分布式资源分配方法技术领域
本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及MIM0-0FDMA无线中继系统的分布式的资源分配方法。
背景技术：
MIMO多天线技术将原本带来干扰的多径效应转弊为利，不仅能够获得空间复用增益，进而提高信道容量，还能获得空间分集增益，进而提高信道的可靠性，但其对于频率选择性衰落无能为力。OFDMA技术不仅能够利用频谱的正交性提高频谱利用率，还能够带来多用户分集增益，并有效对抗频率选择性衰落、小区干扰以及符号干扰。另外，LTE-A标准已明确采用无线中继技术，以扩展网络覆盖范围、降低设备功耗、提高系统容量，并能够平衡网络负载。由于可以联合空间资源与频率资源带来的性能增益，并通过中继技术进一步提升系统性能，基于MMO多天线与OFDMA多址技术(可简称为MM0-0FDMA)的无线中继系统成为了近年来的研究热点，尤其是基于该类系统的资源分配问题。
随着用户数量的爆炸性增长，传统的集中式资源分配算法对于基站的运算量要求日益严苛，因此，基于中继辅助的分布式资源分配算法在未来的大规模、广覆盖的高速移动通信系统中将更具优势。发明内容
本发明所要解决的技术问题为提供一种可用于MM0-0FDMA无线中继系统的分布式资源分配方法，能够对功率及子载波资源进行有效分配，可以灵活地选择中继转发策略及双工方式，适用于包含延时敏感用户的系统，并且能够降低基站运算量。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种MM0-0FDMA无线中继系统的分布式资源分配方法，所述方法包括以下步骤:
(1)初始化MIM0-0FDMA无线中继系统参数,所述参数包括基站初始化子载波拉格朗日乘子、功率拉格朗日乘子及延时敏感用户速率拉格朗日乘子，系统最大功率以及次梯度算法的迭代步长，初始化各用户的各自权重及延时敏感用户的最小速率；
(2)中继节点根据信道状态信息与基站设置的功率及延时敏感用户速率的拉格朗日乘子依次计算各中继节点负责范围内用户终端的以下各量值:功率分配值、等效信噪比、系统信道容量、边际效益、子载波分配值和等效系统功率分配值及延时敏感用户的吞吐量，并将子载波分配值、等效系统功率分配值以及延时敏感用户吞吐量发送至基站；
(3)基站基于步骤(2)中计算得到的子载波分配值、等效系统功率分配值以及延时敏感用户吞吐量，采用次梯度算法分别计算子载波、功率及延时敏感用户速率的拉格朗日乘子，并将计算后得到的新的拉格朗日乘子结果反馈至中继节点；
(4)所述中继节点判断所述子载波分配值及所述等效系统功率分配值是否达到收敛，若未达到收敛，则系统重复步骤(2)与(3)，即中继节点根据新的拉格朗日乘子重新计算步骤(2)所述各参数，并将新的计算结果发送至基站，基站则根据中继节点的计算结果重新计算步骤(3)所述拉格朗日乘子；若达到收敛，则系统得到最终的资源分配结果。
本发明能够对功率及子载波资源进行有效分配，可以灵活地选择中继转发策略及双工方式，适用于包含延时敏感用户的系统，并且能够降低基站运算量。
图1为本发明所适用的MM0-0FDMA无线中继系统的示意图。
图2为本发明方法的实施流程图。
具体实施方式
本发明提出的MM0-0FDMA无线中继系统的分布式资源分配方法,结合附图详细说明如下。
本发明所适用的MM0-0FDMA无线中继系统如图1所示，该系统具备一个基站，在该基站的小区边缘均匀部署M个中继，分别负责各自扇区内的若干用户终端。所有K个用户均以OFDMA的多址方式接入系统，均需通过中继辅助才能够进行通信，其中部分用户为延时敏感用户(k e Dm)，其余为非延时敏感用户(if EUw & k紙)(Dm表示延时敏感用户集，仏表示全体用户集)。系统内包含~个子载波，各实体均采用N根天线进行信号的收发。
本发明根据信道状态信息来动态地选择以下中继转发策略及双工方式:译码转发全双工中继(DF-FD，t=l)、译码转发半双工中继(DF-HD，t=2)、放大转发全双工中继(AF-FD，t=3)、放大转发半双工中继(AF-HD，t=4)。
该方法包括以下步骤:
(l)MIMO-OFDMA无线中继系统对各项参数进行初始化:基站初始化第i个子载波、功率及第k个延时敏感用户速率的拉格朗日乘子Pi (i=l，2，...，％)、λ、5k(k e Dm),系统最大功率Ρτ，以及次梯度算法的迭代步长li(i=l，2，3);用户初始化各自的权重cok(k e UJ、延时敏感用户初始化各自的最小速率R(k) (k e Dm)。
(2)中继节点根据信道状态信息与基站设置的拉格朗日乘子依次计算其负责范围内用户终端的以下各量值。
首先计算功率分配值
权利要求
1.一种基于MMO多天线与OFDMA多址MM0-0FDMA无线中继系统的分布式资源分配方法，该方法包括步骤: (1)初始化MIM0-0FDMA无线中继系统参数,所述参数包括基站初始化子载波拉格朗日乘子、功率拉格朗日乘子及延时敏感用户速率拉格朗日乘子，系统最大总功率和次梯度算法的迭代步长，初始化各用户的各自权重及延时敏感用户的最小速率； (2)各中继节点根据信道状态信息与基站设置的拉格朗日乘子依次计算各中继节点负责范围内用户终端的以下各量值:功率分配值、等效信噪比、系统信道容量、边际效益、子载波分配值、等效系统功率分配值和延时敏感用户的吞吐量，并将子载波分配值、等效系统功率分配值以及延时 敏感用户吞吐量发送至基站； (3)基站基于步骤(2)中计算得到的子载波分配值、等效系统功率分配值以及延时敏感用户吞吐量，采用次梯度算法分别计算子载波拉格朗日乘子、功率拉格朗日乘子及延时敏感用户速率的拉格朗日乘子，并将计算后得到的新的拉格朗日乘子结果反馈至各中继节占.(4)所述各中继节点判断所述子载波分配值及所述等效系统功率分配值是否达到收敛，若未达到收敛，则系统重复步骤(2)与(3)，即中继节点根据新的拉格朗日乘子重新计算步骤(2)所述各参数，并将新的计算结果发送至基站，基站则根据中继节点的计算结果重新计算步骤(3)所述拉格朗日乘子；若达到收敛，则系统得到最终的资源分配结果。
2.如权利要求1所述的MIM0-0FDMA无线中继系统的分布式资源分配方法，其特征在于，步骤(I)中考虑用户权重的差异化，即不同用户具备不等的优先级。
3.如权利要求1所述的MIM0-0FDMA无线中继系统的分布式资源分配方法，其特征在于，步骤(2)中的中继节点可以根据信道状态信息动态地选择全双工FD或半双工HD方式，以及放大转发AF或译码转发策略。
4.如权利要求1所述的MIM0-0FDMA无线中继系统的分布式资源分配方法，其特征在于，该方法采用中继辅助的分布式资源分配方法。
全文摘要
一种MIMO-OFDMA无线中继系统的分布式资源分配方法，该方法包括步骤(1)MIMO-OFDMA无线中继系统参数初始化；(2)中继节点根据信道状态信息与基站设置的拉格朗日乘子依次计算其负责范围内用户终端的各量值，并将子载波分配值、等效系统功率分配值以及延时敏感用户吞吐量的计算结果发送至基站；(3)基站将新的拉格朗日乘子结果反馈至中继节点；(4)中继节点判断子载波及功率分配值是否达到收敛，得到最终的资源分配结果。本发明方法基于多用户、多载波系统的对偶优化理论，结合多用户权重，并采用速率自适应的分布式算法，可以对功率及子载波资源进行合理的分配，并可以有效减轻基站的运算量。
文档编号H04L5/00GK103220116SQ20131018239
公开日2013年7月24日 申请日期2013年5月16日 优先权日2013年5月16日
发明者刘畅, 王江舟, 王向阳 申请人:东南大学