一种基于功率控制的lte-a系统全双工资源分配方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线通信技术领域，尤其设及一种LTE-A系统全双工资源分配方法。
【背景技术】
[0002] LTE-A是LTE的演进版本，其目的是为满足未来几年内无线通信市场的更高需 求和更多应用，满足和超过IMT-Advanced的需求，同时还保持对LTE较好的后向兼容性。 LTE-A采用了载波聚合、上/下行多天线增强、多点协作传输、中继、异构网干扰协调增强等 关键技术，能大大提高无线通信系统的峰值数据速率、峰值频谱效率、小区平均谱效率W及 小区边界用户性能，同时也能提高整个网络的组网效率，运使得LTE和LTE-A系统成为未来 几年内无线通信发展的主流。
[0003] LTE-A系统有两种调度方式：动态调度和半持续调度，其中动态调度适用于数据 量大、突发性强、时延要求不高的分组业务，而半持续调度是在动态调度基础上为支持LTE 语音等业务引入的。动态调度主要有=种经典算法，轮询算法、最大载干比算法和比例公平 算法。最大载干比算法只优先选择载干比最大的用户进行资源分配，即优先给信道条件好 的用户分配资源，来进行传输数据；而如果该用户的信道条件变差，算法就会重新选择当前 具有良好信道的其他用户。此算法可W达到系统吞吐量的极限值，但同时它也失去了实际 意义，因为完全忽略了用户之间的公平性轮询算法对所有用户一视同仁，机械地按照一定 周期循环地为每个用户分配相同的资源，与MAXC/I算法相同，并不考虑用户已经得到过的 服务情况，即无记忆的分配算法，该算法出色地满足了用户间的公平性，但是系统的吞吐量 可能很低比例公平算法上文两种算法分别对系统吞吐量指标和用户公平性指标分别进行 了极端的侧重，因此自然出现了一种对两个指标进行折中的算法，运就是PF算法目前业内 已有共识，资源分配算法将主要W基于比例公平算法而改进提出适用于实际系统的资源分 配算法。
[0004] 传统半双工模式主要是频分双工（抑D)和时分双工灯孤），用W避免发射机信号 对接收机信号在频域或时域上的干扰。在F孤移动通信系统中，基站发射机通过下行信 道，将信号发送至移动终端，而移动终端则通过上行信道发送信号至基站接收机，因为下行 信道和上行信道采用不同的频率，基站接收机利用滤波器的通带和禁带分别获得接收信 号和抑制下行信道信号（即抑制基站发射机信号的干扰）。为此，抑D付出两份频率开销： 一份是下行信道频率开销，另一份是上行信道频率开销。而TDD系统下行信道设置在一系 列时隙上，上行信道则设置在另外一系列时隙上，基站在接收上行信道信号时，其发射机停 止工作，从而避免了发射信号的干扰，系统时间资源开销一份用于上行，另一份用于下行信 道。无论抑D还是TOD，系统为双工通信都付出了双份资源开销。因为频率资源和时间资源 具有等效性，所W理论上F孤和TDD具有相同的频谱效率。结果满足局部最大化，但算法复 杂度比遍历算法复杂度低。而新兴的同频同时全双工技术（CCFD)使用相同的时间、相同的 频率，同时发射和接收无线信号，减少传统双工模式中频率或时隙资源的开销，从而达到提 高频谱效率的目的。
[0005] 引入全双工后，上行信号和下行信号会同时在一个信道传输，运就使得接收端在 接收目标信号时会受到自身发射的同频信号的干扰，所W全双工技术使得实现全双工技术 的关键在于消除基站和UE端的自干扰。
[0006] 国内外都对自干扰抵消展开了深入的研究，但大都侧重于基站本地自干扰抵消的 方案验证，主要思路一般限于天线自干扰抑制、射频自干扰抑制和数字干扰抑制，很少设及 到用户端的干扰消除。
[0007] 自干扰抵消技术对于基站端而言比较容易实现，但是对于肥端技术水准还是很 难达到。基站端的自干扰抵消的实现已经为系统容量的提升打下了基础。
[0008] 抑D是在分离的两个对称频率信道上进行接收和发送，用保护频段来分离接收和 发送信道。F孤必须采用成对的频率，依靠频率来区分上下行链路，其单方向的资源在时间 上是连续的。在TDD方式的移动通信系统中，接收和发送使用同一频率载波的不同时隙作 为信道的承载，其单方向的资源在时间上是不连续的，时间资源在两个方向上进行了分配。 它们都实现了同一时刻一个资源块仅被使用一次，所W不必考虑不同用户之间的同频干扰 和自干扰，而且可W采用很多现有的资源分配方案。对于CC抑而言，肥端自干扰抵消不能 很好的实现，无法将其视为TDD去进行资源分配，所W需要对CC抑的物理模型进行重新构 建，并改进原有资源分配方案，避免开肥端自干扰的问题。
【发明内容】
[0009] 为了解决现有技术中问题，本发明提供了一种基于功率控制的LTE-A系统全双工 资源分配方法，在LTE-A中引入全双工后，运用该方法进行系统资源分配，可W减少传统双 工模式中频率或时隙资源的开销，从而达到提高频谱效率和系统容量效果的目的。
[0010] 本发明通过如下技术方案实现：
[0011] 一种基于功率控制的LTE-A系统全双工资源分配方法，所述方法包括W下步骤：
[0012] SlOO:当前时隙k，进行下行资源块分配，设置起始的待分配资源块标号为m= 1 ;
[0013] SlOl:计算每个用户在当前第m个资源块的下行PF值；
[0014] S102:选择PF值最大的用户作为当前m资源块的下行分配对象，该PF值最大的用 户为肥D(k，m);
[0015] S103 :判断资源块是否分配完毕，没有分完跳转到SlOl;分完执行S104 ;
[0016] S104:更新每个用户的下行平均速度；
[0017] S105 :当前时隙下，进行上行资源块分配，设置m= 1 ;
[001引S106 :根据公式
，计算所有待分配上 行资源的用户在第m个资源块上的功率临界值，使得上行占用第m个资源块的用户W运 个功率发射信号不会对下行占用第m个资源块的用户产生干扰，其中，Pes为基站发射功 率，，非是基站信号到达占用第m个资源块的下行用户时的空间功率损耗， Loss0?，dOJEd化，m)，n))是分别在下行和上行占用资源块m的用户之间的空间功率损耗，a是功率调节参数，Pue化，肥D化，m)，n)是用户n使用第m个资源块作为上行信道而不会对用 户肥D(k，m)造成干扰的发射功率；
[0019] S107:根据公式
，计算所有用户如果上 行使用第m个资源块并WP。。化，肥D化，m)，n)作为发射功率时到达基站端的信号强度，屯为 用户n到基站的距离；
[0020] S108 :计算所有用户在当前m资源块的上行PF值；
[0021] S109 :选择PF值最大的用户作为当前m资源块的上行分配对象；
[002引SllO:判断资源块是否分配完毕，没有分完跳转到S106,分完则结束。
[0023] 作为本发明的进一步改进，所述下行平均速度t。也n)是第n个肥在前k个子帖 的下行平均速率，
[0024] 作为本发明的进一步改进，所述下行PF值为
I其中，
t。也n)是第n个UE在前k个子帖的下行平均速率，Vd也m，n)为为第k个时隙上第n个 肥的第m个RB的信道传输速率。
[00巧]作为本发明的进一步改进，所述上行PF值为 其中，tu(k，n)为第n个肥在前k个子帖的上行平均速率。
[0026] 作为本发明的进一步改进，空间功率损耗为自由空间衰落，Loss(Ld)= 32. 45+201g(f) +201g(d) 〇
[0027] 本发明的有益效果是：本发明对原有的资源分配算法进行改进，调度时隙开始时， 先对用户进行下行的资源分配，再根据分配结果调节用户上行功率，选择合适的资源块进 行上行资源分配，避免同频上下行信号的相互干扰。（1)本发明的资源分配方法系统频谱利 用率、吞吐量明显高于普通资源调度算法。（2)本发明的资源分配方法先分配下行资源，上 行相应调整，会造成下行吞吐量明显高于上行，但是不会差太多，有着很好的公平性。
【附图说明】
[0028] 图1是LTE-A小区中全双工的实现机制示意图；
[0029] 图2是LTE-A小区全双工干扰模型示意图；
[0030] 图3是本发明的资源分配方法的流程图；
[0031] 图4是每个用户在仿真时间段内的上下行流量曲线图；
[0032] 图5是距离远近和流量的关系曲线图；
[0033] 图6是仿真时间和系统流量的关系曲线图。
【具体实施方式】
[0034] 下面结合【附图说明】及【具体实施方式】对本发明进一步说明。
[0035] 在将全双工技术引入到LTE-A后，改进已有的物理模型，使一个用户的上行和另 一个用户的下行在同一个时隙内可W共用同一频率点，如附图1所示，UE5上行与UE4下行 使用同一个资源块，UE3的下行同时使用了UEl和UE2的上行资源块，UE2的上行同时使用 了肥I和肥3的下行资源块，运样就避开了肥进行自干扰消除的任务，但运样仍会产生用 户之间的干扰，比如肥2发送上行信号时对肥1的下行接收产生影响，所W本发明采用功率 控制技术，即控制用户的发射功率，使得共用资源块的用户间的干扰信号功率足够小，不会 对用户的正常信息接收产生影响。在最理想的情况下，频谱利用率会比不引入全双工的系 统翻倍。
[0036] 国内外自干扰抵消技术研究的比较广泛，有多套解决方案，应用于基站端比较可 行，为系统容量的提升打下了基础，但是在UE端实现自干扰抵消还是有很多技术上的困 难，无法实现同时收发同频信号，所W本发明合理的改进全双工模型，保持基站的全双工模 式，使某个UE端的上行（下行）和其他UE端的下行（上行）共用相同资源块，通过功率调 节和距离选择达到全双工效果。
[0037] 首先，本发明规定每个调度时隙开始时，先对所有下行待分配资源的用户进行资 源分配，在此采用PF算法，按照资源块的标号依次为每个资源块选择用户。
[003引假设在一个eNode所服务的小区中，有N个肥和M个RB资源块，令V也m,n)为 第k个时隙上第n个肥的第m个RB的信道传输速率，则下行PF的度量值化也m，n)可W 表不为：
[0040]其中m= 1，2,3，....M，n= 1，2,3，....N，to化，n)是第n个肥在前k个子帖的 平均速率。在对第m个资