一种lte上行链路分步式动态子载波分配方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及移动通信技术资源分配领域，尤其是一种LTE上行链路动态子载波分 配方法。
【背景技术】
[0002] 目前LTE作为最主要的4G技术，对于其频谱资源分配方法的研究发展成为一个重 要课题。如何高效的管理和利用频谱资源实现用户业务需求及系统整体有效性及可靠性能 的提升，已作为衡量现代无线通信系统是否能够商用的重要指标。已知LTE系统上行链路采 用SC-FDMA多址接入技术，其多载波传输结构及特性充分保证了频谱资源调度的可行性。 LTE的频谱资源以子载波的形式进行分配，一定数量的子载波构成资源组块，组块是其频谱 资源分配的基本单位。由于无线多径传输信道的时变及独立特性，使得不同用户不同子载 波所对应的信道频率响应具有不相关特性，即信道的频率选择特性。在此情况下，同一子载 波对某一用户处于深度衰落，而对于其他用户则可能具有良好的传输特性。因此，动态子载 波分配算法利用无线信道的频率选择特性以及多用户分集效应，能够为各系统用户动态的 分配一系列具有最佳传输特性的子载波，从而实现频域资源的高效利用。
[0003]目前已有的LTE上行链路动态子载波分配方法主要包括：以提高系统总吞吐量为 指标的算法；以提高用户间分配公平度为指标的算法。Junsung Lim等在IEEE 17th International Symposium on Personal,Indoor and Mobile Radio Communications, 2006发表的〈〈Channel-Dependent Scheduling of Uplink Single Carrier FDMASystems)) 一文中提出了一种基于边际信道容量的次优贪婪算法，以及在IEEE 64th Vehicular Technology Conference，2006发表的〈〈Proportional Fair Scheduling of Uplink Single-Carrier FDMA Systems》一文中提出了基于边际对数信道容量的次优比例公平算 法。上述两种算法都仅对一种指标进行优化，同时都以牺牲另外一种指标为代价。在公开号 为CN102724670A的专利《一种用于SC-FDMA系统中的动态资源分配方法》中，其子载波调度 步骤仅仅为每个用户选取不超过两个资源组块集合，并在满足系统频谱效率的情况下，进 行功率分配。这种方法不能满足具有较高频谱效率要求的系统，并且算法复杂度较高。
【发明内容】
[0004] 本发明的发明目的在于提供一种LTE上行链路分步式子载波分配方法，可以兼顾 提高系统总吞吐量和提高用户间分配公平度指标，并有效降低运算复杂度。
[0005] 实现本发明目的的技术方案：
[0006] -种LTE上行链路分步式动态子载波分配方法，其特征在于：
[0007] 步骤1:初始化，建立待分配资源组块集合，用户集合和用户组集合；
[0008] 步骤2:对每个用户组依次计算当分配各个资源组块时的平均信噪比；
[0009] 步骤3:将资源组块分配给各用户组，分配方式是以提高分配公平度为指标；
[0010] 步骤4:将每个用户组分得的资源组块，分配给该用户组内的用户，分配方式是以 提尚系统吞吐量为指标。
[0011] 步骤3中，包括如下步骤：
[0012] 步骤3.1:计算每个用户组分配单个资源组块时的信道容量，并对信道容量取对 数，计算该用户组容量对数的增益;将具有最大用户组容量对数增益的资源组块W分配给 对应的用户组g%
[0013] 步骤3.2:判断资源组块是否分配完，若分配完，进入步骤4,否则返回步骤3.1，对 余下未分配的资源组块进行分配。
[0014] 步骤4中，将用户组分得的资源组块，分配给该用户组内的用户时，包括如下步骤：
[0015] 步骤4.1:计算每个用户对各个资源组块的信噪比，选取具有最大用户信噪比的用 户和资源组块进行分配；
[0016] 步骤4.2:判断该用户组的资源组块是否分配完，若分配完，结束该用户组的资源 组块分配，否则返回步骤4.1，对余下未分配的资源组块进行分配。
[0017] 步骤3.1中，具体计算方法如下：
[0020] Cg为用户组信道容量，/^，表示分配给用户组g的资源组块，N表示资源组块的个 数，B表示系统总带宽，C'表示用户组g对资源组块η的平均信噪比。
[0021] 本发明具有的有益效果：
[0022] 本发明通过对用户进行分组，先对用户组进行以提升分配公平度的子载波分配， 再对每个用户组内的用户和该用户组分得的子载波进行以最大化系统吞吐量的子载波分 配。本发明同时考虑了用户分配公平度和系统吞吐量，避免了仅对单一指标进行优化的不 足，使得整个系统在分配公平度和吞吐量指标上都有很好的性能，同时本发明能有效降低 运算复杂度。
【附图说明】
[0023]图1是本发明的方法流程图；
[0024]图2为本发明实施例中利用matlab仿真得到的系统吞吐量比较曲线；
[0025]图3为本发明实施例中利用matlab仿真得到的用户分配公平度比较曲线；
[0026]图4为本发明实施例中利用matlab仿真得到的运算复杂度比较曲线。
【具体实施方式】
[0027]如图1所示，本发明LTE上行链路分步式子载波分配方法包括如下步骤：
[0028] 步骤1:初始化，设有K个用户，L个子载波和N个资源组块，每个资源组块拥有相同 数目的子载波。建立用户组集合Igr_= U，2，...，G}，用户集合Iuser=U, 2，...，K}以及资 源组块集合Idiunk= {1，2，...，Ν}。按顺序将用户平均分配到每个用户集合中，每个用户组包 括的用户数为S=K/G。
[0029] 步骤2:对每个用户组合计算用户组平均信噪比？Cf。采用最小均方误差方式来降 低符号间干扰，所以用户k传输的信噪比丫1<为：
[0031]式中Pk为用户k的总功率，Ich,该示用户k分配得到的资源组块集合，I Isub I表示用 户k分配得到的子载波数目，表示分配给用户计算用户k的子载波1的信噪比。
[0033] 式中Pk(sub)表示分配给用户k的每个子载波功率，σ2表示子载波1的噪声功率，H k,i 表示分配给用户k的子载波1的信道增益。
[0034] 利用香农公式，用户k分得得信道容量为
[0036] 式中B表示系统总带宽。
[0037]用户组g对资源组块η的平均信噪比C
[0039] 步骤3:对资源组块和用户组集合进行以提升公平度的分配。具体步骤如下，
[0040] 步骤3.1:计算每个用户组分配单个资源组块时的信道容量，并对信道容量取对 数，计算该用户组容量对数的增益。将具有最大用户组容量对数增益的资源组块W分配给 对应的用户组集合g'具体计算方法如下：
[0043] Cg为用户组信道容量，4,,,，表示分配给用户组g的资源组块。
[0044] 去除已经分配的资源组块，直到所有的资源组块分配完。
[0045] 步骤3.2:判断资源组块是否分配完全，若分配完，进行下一步骤，否则返回步骤 3.1，对余下未分配的资源组块进行分配。
[0046] 步骤4:将每个用户组分得的资源组块，分配给该用户组内的用户，按照以提升系 统吞吐量最大的分配准则分配。具体步骤如下，
[0047] 步骤4.1:计算每个该用户组内用户对各个资源组块的信噪比，选取具有最大用户 信噪比的用户和资源组块进行分配：
[0048] max γ k,n nE Ich,g，kEg (6)
[0049] yk,n表示用户k对资源组块n的信噪比
[0050] 步骤4.2:判断每个用户组内的资源组块是否分配完全，若分配完，结束该用户组 的资源组块分配，否则返回步骤4.1，对余下未分配的资源组块进行分配。
[0051] 下面结合具体实施例进一步说明本发明的有益效果。
[0052]设系统总传输带宽为5MHz，系统总传输功率为IW，高斯白噪声功率谱密度为-80dB · W/Hz。调制方式采用QPSK，最小均方误差均衡方式。子载波数目为256，资源组块数目 为32，每个资源组块含有8个子载波。分别选取用户数目为4，8，16，32，64，128，256。并将其 平均分成4组，通过本发明的实施步骤进行频谱资源分配，如图2、3、4所示，与其它方法相 比，本发明可以兼顾提高系统总吞吐量和提高用户间分配公平度指标，并有效降低运算复 杂度。
【主权项】
1. 一种LTE上行链路分步式动态子载波分配方法，其特征在于： 步骤1:初始化，建立待分配资源组块集合，用户集合和用户组集合； 步骤2:对每个用户组依次计算当分配各个资源组块时的平均信噪比； 步骤3:将资源组块分配给各用户组，分配方式是以提高分配公平度为指标； 步骤4:将每个用户组分得的资源组块，分配给该用户组内的用户，分配方式是以提高 系统吞吐量为指标。2. 根据权利要求1中所述的LTE上行链路分步式动态子载波分配方法，其特征在于：步 骤3中，包括如下步骤： 步骤3.1:计算每个用户组分配单个资源组块时的信道容量，并对信道容量取对数，计 算该用户组容量对数的增益;将具有最大用户组容量对数增益的资源组块f分配给对应的 用户组g% 步骤3.2:判断资源组块是否分配完，若分配完，进入步骤4,否则返回步骤3.1，对余下 未分配的资源组块进行分配。3. 根据权利要求2所述的LTE上行链路分步式动态子载波分配方法，其特征在于:步骤4 中，将用户组分得的资源组块，分配给该用户组内的用户时，包括如下步骤： 步骤4.1:计算每个用户对各个资源组块的信噪比，选取具有最大用户信噪比的用户和 资源组块进行分配； 步骤4.2:判断该用户组的资源组块是否分配完，若分配完，结束该用户组的资源组块 分配，否则返回步骤4.1，对余下未分配的资源组块进行分配。4. 根据权利要求3所述的LTE上行链路分步式动态子载波分配方法，其特征在于:步骤 3.1中，具体计算方法如下：(g*,n*)=arg max logio(Cg) 匕为用户组信道容量，，Ic^g表示分配给用户组g的资源组块，N表示资源组块的个数，B 表示系统总带宽，C'表示用户组g对资源组块η的平均信噪比。
【专利摘要】本发明涉及一种LTE上行链路分步式动态子载波分配方法，包括如下步骤：步骤1：初始化，建立待分配资源组块集合，用户集合和用户组集合；步骤2：对每个用户组依次计算当分配各个资源组块时的平均信噪比；步骤3：将资源组块分配给各用户组，分配方式是以提高分配公平度为指标；步骤4：将每个用户组分得的资源组块，分配给该用户组内的用户，分配方式是以提高系统吞吐量为指标。<!-- 2 -->
【IPC分类】H04L5/00, H04W72/04
【公开号】CN105611634
【申请号】CN201510727087
【发明人】叶方, 顿辉, 王秋滢, 李一兵
【申请人】哈尔滨工程大学
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2015年10月30日