本发明专利技术涉及一种多用户正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)系统的子载波分配方案，特别涉及一种基于公平度和系统容量的OFDM子载波分配方案。该方案首先为各个用户分配一个相对最好的子载波以提高系统容量，然后根据用户对公平度的要求合理的调整子载波的分配，当满足用户对公平度的要求时就提高系统的容量，否则就提高用户的公平性。从计算机仿真图中可以看出，本发明专利技术可以灵活的根据基站对用户公平度和系统容量的要求，实现不同的子载波分配方案。同时本发明专利技术也是一种兼顾用户公平度和系统容量的子载波分配方案，该方案基本可以满足各用户对子载波的需求，进而说明本发明专利技术的有效性和创新性。
【技术实现步骤摘要】
一种基于公平度和系统容量的OFDM子载波分配方案
本专利技术属于多用户OFDM系统子载波分配领域，涉及一种基于公平度和系统容量的OFDM子载波分配方案，该方案可以在用户公平度和系统容量之间对子载波进行合理的分配。
技术介绍
随着无线通信技术的不断发展，传统的单载波调制技术已经曝露出许许多多的缺陷，现在主流的通信系统都将多载波调制技术作为物理层的核心技术之一。而OFDM技术作为多载波调制技术的一种，现已应用到人们生活的各个领域中。OFDM技术可以将串行高速数据调制成多路并行低速数据，其独特的多载波特性为我们研究高可用性的无线传输服务提供了有利的条件。但是，在OFDM技术中，特别是在多用户环境下的OFDM系统中，由于传统静态的子载波分配方式并不能根据每个子载波的实时信道信息灵活的对子载波进行合理的分配；如正交的时分多址技术(OFDM-TDMA)是根据时隙区分不同用户，被分配时隙的用户在其时隙内将占用所有子载波，而正交的频分多址技术(OFDM-FDMA)是将所有子载波划分成若干子带后分配给相应的用户，所有用户共享所有频带资源。但类似的这种子载波固定分配方式并不能保证子载波分配后用户之间具有较大的公平度，更不能保证系统容量的最大化。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种既可以保证用户公平度又可以保证系统容量的子载波分配方案。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：1.基于RA准则构建具有公平约束的优化模型：设多用户OFDM系统中有N个子载波，K个用户，信道的带宽为B，高斯白噪声功谱密度为N0。为第k个用户在其第n个子载波上的信道响应，pk,n为第k个用户在其第n个子载波上分配的功率。假设Ptotal为总发送功率，ck,n为子载波分配标志位，那么基于RA准则的多用户OFDM系统优化模型可以表示为：约束条件为：上式约束(c)中，用户速率Rk为：(2)式中，Nk是分配给第k个用户的子载波数；bk,n为第k个用户在其第n个子载波上分配的比特数量。2.根据(1)式的公平约束(c)式设置公平度函数：3.改进具有公平约束的优化模型：在所有子载波间进行等功率分配，即：pk,n＝Ptotal/N(5)在对所有子载波进行等功率分配后，定义为用户k在子信道n上的信道增益，设置用户对公平度的要求值为ξ，则具有公平约束的优化模型变为：约束条件为：4.使用公平度ξ进行子载波的分配：Step1：设Rk＝0，ck,n＝0，fork＝1,2,…,K,n＝1,2,…,N，并且A＝{1,2,…,N}；Step2：a)设U＝{1,2,…,K}，则在任意用户和任意子载波中，找到一个用户k和一个子载波n，使其满足Hk,n≥Hi,m，然后利用找到的Hk,n更新ck,n＝1，U＝U-{k}，A＝A-{n}和Rk＝Rk+bk,n；b)重复步骤a)，直到Step3：当时，设Y＝{1,2,…,K}，然后根据(4)式计算公平度函数Fairness的值并比较Fairness和公平度的要求值ξ的大小。1)若Fairness≥ξ：a)在任意用户和任意子载波中，找到一个用户k和一个子载波n，使其满足Hk,n≥Hv,z；b)根据找到的Hk,n更新ck,n＝1，Rk＝Rk+bk,n和A＝A-{n}；2)若Fairness<ξ：a)找到用户k，k＝argmink∈YRk/λk；b)在用户k下，找到子载波n，对任意的子载波使Hk,n≥Hk,u；c)根据找到的Hk,n更新ck,n＝1，Rk＝Rk+bk,n和A＝A-{n}；本专利技术的有益效果在于：从理论和计算机仿真中可知，本专利技术方案可以使基站根据其对用户公平度和系统容量的不同需求灵活调整子载波的分配方式。当基站希望系统容量增大时，便通过降低用户对公平度的要求值ξ即可实现；而当基站希望用户的公平度较高时，则通过提升用户对公平度的要求值ξ即可实现。因而本专利技术在多用户OFDM子载波分配中具有非常可观的应用价值与应用前景。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1为本专利技术方案的实现流程图；图2为本专利技术方案在不同公平度ξ下与其他算法的系统容量对比；图3为本专利技术方案在不同公平度ξ下与其他算法的公平度对比。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述：本专利技术是一种基于公平度和系统容量的OFDM子载波分配方案，其实现流程如图1所示，具体实施方式包括：1.基于RA准则构建具有公平约束的优化模型：设多用户OFDM系统中有N个子载波，K个用户，信道的带宽为B，高斯白噪声功谱密度为N0。为第k个用户在其第n个子载波上的信道响应，pk,n为第k个用户在其第n个子载波上分配的功率。假设Ptotal为总发送功率，ck,n为子载波分配标志位，那么基于RA准则的多用户OFDM系统优化模型可以表示为：约束条件为：(a)式表示若子载波n被分配给用户k，则ck,n＝1，否则ck,n＝0。同时，同一个子载波仅且只能被某一个用户使用。(b)式表示每个子载波所分配的功率值必须大于等于0并且分配给所有子载波的功率和不得超过总功率Ptotal。为了保证系统中各个用户的公平度，在(c)式中预设了用户的公平约束R1:R2:…:RK＝λ1:λ：…：λK。上式约束(c)中，用户速率Rk为：(2)式中，Nk是分配给第k个用户的子载波数；bk,n为第k个用户在其第n个子载波上分配的比特数量。2.根据(1)式的公平约束(c)式设置公平度函数：：由(1)式中的约束条件(c)可知，当时，可以实现用户之间的最大公平度。那么，通过对(c)式进行变形可以得到一个用于描述用户公平度的函数Fairness，如(4)式所示。通过Fairness值大小，可以评价用户的公平度。由(4)式可知，Fairness∈(0,1]。当用户的公平度越好时，(4)式的值就越接近1。特别的，当时，Fairness取最大值1，用户之间实现绝对公平。3.改进具有公平约束的优化模型：在所有子载波间进行等功率分配，即：pk,n＝Ptotal/N(5)在对所有子载波进行等功率分配后，定义为用户k在子信道n上的信道增益，设置用户对公平度的要求值为ξ，则具有公平约束的优化模型变为：约束条件为：4.使用公平度ξ进行子载波的分配：Step1：设Rk＝0，ck,n＝0，fork＝1,2,…,K,n＝1,2,…,N，并且A＝{1,2,…,N}；Step2：a)设U＝{1,2,…,K}，则在任意用户和任意子载波中，找到一个用户k和一个子载波n，使其满足Hk,n≥Hi,m，然后利用找到的Hk,n更新ck,n＝1，U＝U-{k}，A＝A-{n}和Rk＝Rk+bk,n；b)重复步骤a)，直到Step3：当时，设Y＝{1,2,…,K}，然后根据(4)式计算公平度函数Fairness的值并比较Fairness和公平度的要求值ξ的大小。1)若Fairness≥ξ：a)在任意用户和任意子载波中，找到一个用户k和一个子载波n，使其满足Hk,n≥Hv,z；b)根据找到的Hk,n更新ck,n＝1，Rk＝Rk+bk,n和A＝A-{n}；2)若Fairness<ξ：a)找到用户k，k＝argmink∈YRk/λk；b)在用户k下，找到子载波n，对任意的子载波使Hk,n≥Hk,u；c)根据本文档来自技高网...
【技术保护点】
本专利技术涉及一种多用户正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)系统的子载波分配方案，特别涉及一种基于公平度和系统容量的OFDM子载波分配方案。该方案首先为各个用户分配一个相对最好的子载波以提高系统容量，然后根据用户对公平度的要求合理的调整子载波的分配，当满足用户对公平度的要求时就提高系统的容量，否则就提高用户的公平性。
【技术特征摘要】
1.本发明涉及一种多用户正交频分复用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,OFDM)系统的子载波分配方案，特别涉及一种基于公平度和系统容量的OFDM子载波分配方案。该方案首先为各个用户分配一个相对最好的子载波以提高系统容量，然后根据用户对公平度的要求合理的调整子载波的分配，当满足用户对公平度的要求时就提高系统的容量，否则就提高用户的公平性。2.根据权利要求1所述方案，本发明方案包含以下步骤：(1).基于RA准则构建具有公平约束的优化模型：设多用户OFDM系统中有N个子载波，K个用户，信道的带宽为B，高斯白噪声功谱密度为N0。为第k个用户在其第n个子载波上的信道响应，pk,n为第k个用户在其第n个子载波上分配的功率。假设Ptotal为总发送功率，ck,n为子载波分配标志位，那么基于RA准则的多用户OFDM系统优化模型可以表示为：约束条件为：上式约束(c)中，用户速率Rk为：(2)式中，Nk是分配给第k个用户的子载波数；bk,n为第k个用户在其第n个子载波上分配的比特数量。(2).根据(1)式的公平约束(c)式设置公平度函数：(3).改进具有公平约束的优化模型：在所有子载波间进行等功率分配，即：pk,n＝Ptotal/N(5)在对所有子载波进行等功率分配后，定义为用户k在子信道n...
【专利技术属性】
技术研发人员：袁建国，王竟鑫，张芳，邱飘玉，庞宇，林金朝，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50
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