MIMO-OFDMA系统的资源分配方法技术方案

技术编号:10891510 阅读:212 留言:0更新日期:2015-01-08 20:12
本发明专利技术公开了一种MIMO-OFDMA系统的资源分配方法,在子载波分配中,先将子载波进行分块,然后依次为每个用户分配首个子载波块,在分配时选择用户在该子载波块中所有子载波上的信道增益特征值之和最大的子载波块,采用简化的用户容量计算公式得到用户容量,然后依次选择容量最小的用户分配剩下的子载波块并更新用户容量,直到分配完毕;在功率分配中,首先得到用户1的功率,然后根据公平因子等参数计算得到其他用户的功率,最后对每个用户的功率进行再分配。本发明专利技术在充分考虑用户间的公平性和系统总功率的限制的前提下,在实现系统容量最大化的同时减少计算复杂度。

【技术实现步骤摘要】
MIMO-OFDMA系统的资源分配方法
本专利技术属于MIMO-OFDMA系统的资源分配
,更为具体地讲,涉及一种MIMO-OFDMA系统的资源分配方法。
技术介绍
在过去的十年中,实现高速通信和高容量通信的需求变得越来越迫切。将OFMDA(OrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccess,正交频分多址)技术和MIMO(Multiple-InputMultiple-Output,多输入多输出)技术有效的结合起来可以很好的解决这个问题。OFDMA技术是基于OFDM技术提出来的一种无线通信接入方式,在未来的无线通信系统中,OFDMA技术是最被看好的备选技术之一,这是因为OFDMA技术可以轻松获得高传输速率并且具有灵活的资源分配方式。使用MIMO技术可以带来分集增益和复用增益,从而能够大量的提高MIMO-OFDMA系统的容量。对于下一代无线通信系统,例如LTE,将OFDMA技术和MIMO技术结合起来的方案,已经成为了最重要的备选技术。大部分MIMO-OFDMA系统的资源调度算法的研究人员都在想方设法地提高系统容量,但是相应地也会增加资源调度的计算复杂度。如何在减少计算复杂度的同时实现系统容量的最大化,是当前MIMO-OFDMA的一个重要问题。在文献G.Li,andH.Liu,”OntheOptimalityofDownlinkOFDMAMIMOSystems,”inProc.Signals,SystemsandComputersConf,vol.1,Nov.2004,PP.324-328.中,作者提出了两个次优算法标准,运用在子载波分配算法中能够很好的减少系统的计算复杂度,但是这个策略并没有考虑用户间的公平性。在文献Z.Shen,J.G.Andrews,andB.L.Evans,”AdaptiveResourceAllocationinMultiuserOFDMSystemsWithProportionalRateConstraints,”IEEETrans.wireless中,作者考虑了用户间的公平性并将系统资源分配分成功率分配和子载波分配用以减少系统的计算复杂度,但是该文献只考虑了多用户SISO-OFDM系统的情况。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足,提供一种MIMO-OFDMA系统的资源分配方法,在充分考虑用户间的公平性和系统总功率的限制的前提下,在实现系统容量最大化的同时减少计算复杂度。为实现上述专利技术目的,本专利技术MIMO-OFDMA系统的资源分配方法,包括以下步骤:S1:子载波分配:S1.1:将系统中N个子载波分成Y个子载波块,Y>>M,M表示系统中用户数量,每个子载波块有L个相邻子载波;S1.2:设置每个用户的容量Sm=0,m的取值范围为m=1,2…,M,初始化分配给每个用户的子载波块集合待分配子载波块集合A={1,2,...,Y};S1.3:为每个用户分配首个子载波块,具体包括以下步骤:S1.3.1:令用户序号m=1;S1.3.2:对于子载波块集合A中的每个子载波块,计算y表示子载波块的序号,取值范围为y=1,2…,Y,Mm,y,n表示用户m在子载波块y中的子载波n上的信道增益矩阵hm,y,n的秩;表示矩阵hm,y,n的特征值,i的取值范围为i=1,2…,Mm,y,n;选择最大值对应的子载波块S1.3.3:令并且计算用户m容量Sm,容量计算公式为:其中,ρm,y是子载波块标识符,若标识符的值为1,表示子载波块y已经被用户m所占用,若标识符的值为0,表示子载波块y没有被用户m所占用;B表示系统中的可用带宽;vm,y,n表示用户m在子载波块y中的子载波n上的功率;σ2表示每个子载波的噪声功率;S1.3.4:判断是否m=M,如果是,进入步骤S1.4,如果不是,进入步骤S1.3.5;S1.3.5:令m=m+1,返回步骤S1.3.2。S1.4:分配剩余子载波块,具体包括以下步骤:S1.4.1:判断当前待分配子载波块集合A是否为空,如果是,子载波块分配结束,如果不是进入步骤S1.4.2;S1.4.2:选择M个用户中Sm/γm值最小的用户S1.4.3:对于用户计算选择最大值对应的子载波块S1.4.4:令并且根据步骤S1.3.3中的容量计算公式更新返回步骤S1.4.1。S2:功率分配S2.1:根据以下公式求解得到用户1的功率v1,tot:其中:Em,1,m=1,2…,M表示子载波块集合Ωm中所有子载波的信道噪声增益最小值,Nm表示子载波块集合Ωm中的子载波数量,γm表示预设的用户m的公平因子,S2.2:根据步骤S2.1得到的用户1的功率v1,tot,采用以下公式计算得到用户2,3,...M的功率vm,tot:S2.3:根据每个用户分配的功率,对每个用户进行功率再分配。本专利技术MIMO-OFDMA系统的资源分配方法,在子载波分配中,先将子载波进行分块,然后依次为每个用户分配首个子载波块,在分配时选择用户在该子载波块中所有子载波上的信道增益特征值之和最大的子载波块,采用简化的用户容量计算公式得到用户容量,然后依次选择容量最小的用户分配剩下的子载波块并更新用户容量,直到分配完毕;在功率分配中,首先得到用户1的功率,然后根据公平因子等参数计算得到其他用户的功率,最后对每个用户的功率进行再分配。本专利技术通过采用子载波块进行子载波分配,在对用户容量计算公式进行简化,从而在充分考虑用户间的公平性和系统总功率的限制的前提下,在实现系统容量最大化的同时,减少MIMO-OFDMA系统的资源分配的计算复杂度。在功率分配中采用二分搜索算法,可以进一步降低计算复杂度。附图说明图1是MIMO-OFDMA系统中下行链路的模型示意图;图2是本专利技术中子载波块的分配方法的一种具体实施方式流程图;图3是本专利技术中功率分配的一种具体实施方式流程图;图4是本专利技术和传统算法在不同载噪比下的频谱效率对比曲线图;图5是本专利技术和传统算法得到的每个用户归一化遍历总容量的对比示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行描述,以便本领域的技术人员更好地理解本专利技术。需要特别提醒注意的是,在以下的描述中,当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本专利技术的主要内容时,这些描述在这里将被忽略。为了现好地说明本专利技术的
技术实现思路
,首先对MIMO-OFDMA系统的资源分配问题进行简单的阐述。图1是MIMO-OFDMA系统中下行链路的模型示意图。如图1所示,系统运用反馈信道发送发射天线和接收天线的CSI(ChannelStateInformation,信道状态信息),系统再根据CSI来决定子载波分配算法和功率分配算法。系统将资源分配策略送到发射端,发射天线发送OFDMA信号。用户数据将会被发射端加载到已经分配的子载波上,接收端的用户对接收到的信息进行解码从而获取数据信息。本专利技术在实施时需要进行以下三个假设:(i)在资源分配期间,信道参数不会改变,因为发射信号经历的是慢衰弱时变信道;(ii)发射端总是能清楚信道状态信息;(iii)一个子载波不能同时被两个不同用户使用。假设系统中,基站有T个发射天线,每个用户有R个接收天线,系统中的用户数量记为M,子载波数量记为N,系统的总功率限制记为Vtotal。用户m在子载波n上的信道增本文档来自技高网
...
MIMO-OFDMA系统的资源分配方法

【技术保护点】
一种MIMO‑OFDMA系统的资源分配方法,其特征在于,包括以下步骤:S1:子载波分配:S1.1:将系统中N个子载波分成Y个子载波块,Y>>M,M表示系统中用户数量,每个子载波块有L个相邻子载波;S1.2:设置每个用户的容量Sm=0,m的取值范围为m=1,2…,M,初始化分配给每个用户的子载波块集合待分配子载波块集合A={1,2,...,Y};S1.3:为每个用户分配首个子载波块,具体包括以下步骤:S1.3.1:令用户序号m=1;S1.3.2:对于子载波块集合中A中的每个子载波块,计算y表示子载波块的序号,取值范围为y=1,2…,Y,Mm,y,n表示用户m在子载波块y中的子载波n上的信道增益矩阵hm,y,n的秩;表示矩阵的特征值,i的取值范围为i=1,2…,Mm,y,n;选择最大值对应的子载波块;S1.3.3:令Ωm=Ωm∪{y^},ρm,y^=1,A=A-{y^},]]>计算用户m容量Sm,容量计算公式为:Sm=Σy=1YΣc=(y-1)*L+1y*Lρm,yBNΠi=1Mm,y,nvm,y,nλm,y,niσ2]]>其中,ρm,y是子载波块标识符,若标识符的值为1,表示子载波块y已经被用户m所占用,若标识符的值为0,表示子载波块y没有被用户m所占用;B表示系统中的可用带宽;vm,y,n表示用户m在子载波块y中的子载波n上的功率;σ2表示每个子载波的噪声功率;S1.3.4:判断是否m=M,如果是,进入步骤S1.4,如果不是,进入步骤S1.3.5;S1.3.5:令m=m+1,返回步骤3.2。S1.4:分配剩余子载波块,具体包括以下步骤:S1.4.1:判断当前待分配子载波块集合A是否为空,如果是,子载波块分配结束,如果不是进入步骤S1.4.2;S1.4.2:选择M个用户中Sm/γm值最小的用户;S1.4.3:对于用户计算选择最大值对应的子载波块S1.4.4:令Ωm^=Ωm^∪{y^},ρm^,y^=1,A=A-{y^},]]>并且根据步骤S1.3.3中的容量计算公式更新返回步骤S1.4.1。S2:功率分配S2.1:根据以下公式求解得到用户1的功率v1,tot:Σm=1Mcm(v1,tot)dm-Vtotal=0]]>其中:cm=1,m=1(E1,1ψ1N1)N1γmNmγ1Em,1ψmNm,m=2,3,...M]]>dm=1,m=1N1γmNmγ1,m=2,3,...,M]]>Em,1,m=1,2…,M表示子载波块集合Ωm中所有子载波的信道噪声增益最小值,Nm表示子载波块集合Ωm中的子载波数量,γm表示预设的用户m的公平因子,ψm=(Πn=2NmEm,nEm,1)1Nm;]]>S2.2:根据步骤S2.1得到的用户1的功率v1,tot,采用以下公式计算得到用户2,3,...M的功率vm,tot:(E1,1ψ1N1)N1γ1(v1,tot)N1γ1=(Em,1ψmNm)Nmγm(vm,tot)Nmγm]]>S2.3:根据每个用户分配的功率,对每个用户进行功率再分配。...

【技术特征摘要】
2014.10.08 CN 201410524550.31.一种MIMO-OFDMA系统的资源分配方法,其特征在于,包括以下步骤:S1:子载波分配:S1.1:将系统中N个子载波分成Y个子载波块,Y>>M,M表示系统中用户数量,每个子载波块有L个相邻子载波;S1.2:设置每个用户的容量Sm=0,m的取值范围为m=1,2…,M,初始化分配给每个用户的子载波块集合待分配子载波块集合A={1,2,...,Y};S1.3:为每个用户分配首个子载波块,具体包括以下步骤:S1.3.1:令用户序号m=1;S1.3.2:对于子载波块集合A中的每个子载波块,计算y表示子载波块的序号,取值范围为y=1,2…,Y,Mm,y,n表示用户m在子载波块y中的子载波n上的信道增益矩阵hm,y,n的秩;表示矩阵的特征值,i的取值范围为i=1,2…,Mm,y,n;选择最大值对应的子载波块S1.3.3:令计算用户m容量Sm,容量计算公式为:其中,ρm,y是子载波块标识符,若标识符的值为1,表示子载波块y已经被用户m所占用,若标识符的值为0,表示子载波块y没有被用户m所占用;B表示系统中的可用带宽;vm,y,n表示用户m在子载波块y中的子载波n上的功率;σ2表示每个子载波的噪声功率;S1.3.4:判断是否m=M,如果是,进入步骤S1.4,如果不是,进入步骤S1.3.5;S1.3.5:令m=m+1,返回步骤S1.3.2;S1.4:分配剩余子载波块,具体包括以下步骤:S1.4.1:判断当前待分配子载波块集合A是否为空,如果是,子载波块分配结束,如果不是进入步骤S1.4.2;S1.4.2:选择M个用户中Sm/γm值最小的用户S1.4.3:对于用户计算选择最大值对应的子载波块S1.4.4:令并且根据步骤S1.3.3中的容量计算公式更新返回步骤S1.4.1;S2:功率分配S2.1:根据以下公式求解得到用户1的功率v1,tot:其中:Em,1,m=1...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘健林孟渊张唯炯朱彦志
申请(专利权)人:北京科技大学
类型:发明
国别省市:北京;11

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1