专利名称：一种ofdma 系统中基于部分信道信息的资源分配方法
技术领域：
本发明涉及一种资源分配方法，尤其是涉及一种OFDMA(Orthogonal FrequencyDivision Multiple Access,正交频分多址接入)系统中基于部分信道信息的资源分配方法。
背景技术：
随着无线多媒体及网络的快速发展，诸如网络接入、在线视频(YouTube)、数据互传、电视直播(PPLive)、网络电话(Skype)等丰富的数据或多媒体业务也渐渐成为人们日常生活的一部分。一方面，这些业务都对无线通信系统提出了更高的传输质量要求，为满足这些无线通信业务的要求，第四代无线蜂窝通信标准LTE-A(Long termevoluation-Advanced,长期演进的更高版本)于2009年被提出。另一方面，由于现阶段无线频谱资源的日趋紧张以及固定的频谱分配方式缺乏灵活性，远远不能满足业务增加的需求。因此，自适应无线频谱资源分配成为人们广泛关注的热点。而正交频分复用多址(0FDM，Orthogonal Frequency Divided Multiplexing)由于其具有数据传输速率高、资源分配灵活、能够克服符号间干扰和对抗频率选择性衰落等优势，被看作是第四代移动通信(4G)中的关键技术。因此，研究OFDMA系统中的无线资源分配算法显得十分有意义。在OFDMA系统中，如何最优的分配子载波、速率和功率等无线资源给不同的用户成为近年来的研究热点。早期的研究工作主要集中在完备信道状态信息即各用户的信道状态信息完全反馈给基站这样一个理想的假设条件下，进行OFDMA系统中资源分配问题。然而，由于现有信道估计算法本身的误差以及反馈时延等因素，信道状态信息的不准确性不能忽视，信道状态信息的不准确性被称作部分信道状态信息。最近，针对部分信道状态信息对OFDMA系统性能的影响逐渐引起人们的关注。I. C. Wong等人于2009年I月在IEEETransaction on Communications 第一期第 57 卷 232-241 页上发表的〈〈Optimal resourceallocation in the OFDMA downlink with imperfect channel knowledge》(0FDMA 下行通信系统中基于不完备信道状态信息的最优资源分配)一文中研究了 OFDMA系统中基于部分信道状态信息的最优子载波、功率分配方法，他们提出了在总功率约束条件下最大化加权遍历容量的问题，并提出了一种低复杂度的近似最优分配算法，但该算法中未考虑不同用户对服务质量的不同需求，限制了其在实际中的应用性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种满足各用户的不同业务需求的OFDMA系统中基于部分信道信息的资源分配方法。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为一种OFDMA系统中基于部分信道信息的资源分配方法，其特征在于包括以下具体步骤(I)获取OFDMA系统的发送端接收到的第k个用户在第η个子载波上的信道信息
hk, η ;
(2)根据hk,n计算第k个用户在第η个子载波上的信道增益Hk,n的概率密度函
权利要求
1 一种OFDMA系统中基于部分信道信息的资源分配方法，其特征在于包括以下具体步骤(1)获取OFDMA系统的发送端接收到的第k个用户在第η个子载波上的信道信息hk,n； (2)根据hk,n 计算第k个用户在第η个子载波上的信道增益Hk,η的概率密度函数，记为 Hk.n +H;'nf⑴=上Ia(丄Jn、，其中，Hk,n = |hk,n|2/(N0B/N)，“| I”为取f(Hk,n\Hk,n)，Pk,nPk,η绝对值符号，B表示OFDMA系统的总可用带宽，N表示OFDMA系统的总子载波数，凡表示噪声单边功率谱密度，//丨 表示Hk, η的估计值，巧: = \hl f/(N0B/N)，/^表示hk, n的估计值，I0表示第一类零阶改进型贝塞尔函数，Pk,n表示反馈错误方差与噪声功率比， 表示反馈错误方差； (3)根据/(\ I巧;J计算第k个用户在第η个子载波上的遍历速率，记为， = \yg2{l + PKnHKn)f{Hkn IHlJdHkn，其中，Pkj n表示第k个用户在第η个子载波上所分配的功率； (4)根据总功率约束条件、比例公平约束条件和& (；^,巧:J建立最大化系统总速率模型； (5)构造与最大化系统总速率模型相关的拉格朗日方程k=\n=\k=\n=\n=\k=\甘出丰KNKNKNKNz、 ，？T 衣+ hnakn+ΣΣδk,nPk,n+Σf k(ΣakΛΛPk,n>Hk,n)-AΣΣakΛ,n(Pk,n>Hk,n))’ ’ k-\n=\k-\ =1k-\ =1示OFDMA系统的总功率，K表示OFDMA系统的总用户数，ak,n表示子载波分配因子，即为第k个用户在第η个子载波上占用的比例数，Φ,表示第k个用户的速率比例因子， K小1;之0且刀4=1，λ、βη、Yk,n> 5k,n> 分别为式巧-!^0^^、1-!^、 ·^!^、 k=\k=\ n=\k=\ 的拉格朗曰算子；n=\k=\ n=\(6)将r #k=ln=1k=ln=1n=1 k=l 分别 v 7 1 g A A/K NK NK N +ΥΣηΛη- Σ^ ,nPk,n+YMk(YaKAt (,pK ,Ht, )-^kYZaK Rk (,Pk^Hk,n)) }ζ=\γ =\ ’ ’ A=l -Ik=\ n-\k=\n-\对ak,n和pk,n求导，获得一阶KKT必要条件，然后根据一阶KKT必要条件推导出最优功率分配解和最优子载波分配解; (7 )将拉格朗日算子λ的初始值λ °代入认 Pk，n,ak，nA虹蝴= 'tf^k，A，J<Pk，n,Hk，n、+ <PT-fi^k，nPk，n、+ fM1-f^k，JKNΚΝNW中，并应用迭代+ hnakn+ΣΣδk^+ΣMk(ΣakΛ/Pk^HV-ΦkΣΣakΛ,n(Pk^HV')， ， k-\n=\k-l =1k-l =1搜索的方法获得最优功率值P' k,n，其中，# =+ΣΣ^)>(8)根据p'k,n计算最优用户速率，记为
2.根据权利要求I所述的一种OFDMA系统中基于部分信道信息的资源分配方法，其特征在于所述的第k个用户在第η个子载波上的信道信息hk,n为反馈信道的反馈值< 与由信道估计误差和反馈时延引起的扰动ek,n之和，表示为。
3.根据权利要求I所述的一种OFDMA系统中基于部分信道信息的资源分配方法，其特征在于所述的最大化系统总速率模型为
4.根据权利要求3所述的一种OFDMA系统中基于部分信道信息的资源分配方法，其特征在于所述的一阶KKT必要条件为
5.根据权利要求4所述的一种OFDMA系统中基于部分信道信息的资源分配方法，其特征在于所述的根据一阶KKT必要条件推导出最优功率分配解尸1， 和最优子载波分配解< 的具体步骤为 ①根据一阶KKT必要条件的B1、B6和Bll得到^，其中，为最优
6.根据权利要求5所述的一种OFDMA系统中基于部分信道信息的资源分配方法,其特征在于所述的步骤(7)中的迭代搜索的方法的具体步骤为对于给定的初值λ°，通过
7.根据权利要求6所述的一种OFDMA系统中基于部分信道信息的资源分配方法，其特征在于所述的最大最小原则的分配方法的具体步骤为 (A)初始化令子载波分配因子ak,n= 0，根据给定的初值入°，计算出1)1;,11和&,11其中Pk, 为第k个用户在第η个子载波上分配到的功率，Rk,η是第k个用户在第η个子载波上分配到的最优速率； (B)给每个用户分配遍历速率最大的子载波对于第k个用户，找出满足η* =的子载波ιΛ将i亥子载波η*分配给第k个用户，其中，max为取最大值函数，arg为取参数函数，0,为系统子载波的集合； (C)在步骤(B)的基础上判断此时用户总得速率是否满足速率要求，若不满足则继续为用户分配子载波，具体包括以下步骤 a)找出遍历速率约束比最小的用户即找出满足
全文摘要
本发明公开了一种OFDMA系统中基于部分信道信息的资源分配方法，其优点在于在构造最大化系统总速率模型时考虑到比例公平约束条件，保证用户间速率成比例公平约束，接着构造与最大化系统总速率模型相关的拉格朗日方程，然后对该拉格朗日方程求导获得一阶KKT必要条件，再接着对一阶KKT必要条件进行推导获得最优功率解，并通过对拉格朗日算子的迭代搜索获得最优功率值，根据最优功率值获得最优用户速率，进而根据最优用户速率和最大最小原则分配子载波和功率给各个用户，从而在保证各个用户速率满足业务需要的情况下，高效率的利用系统的资源。
文档编号H04L5/00GK102685903SQ201210115138
公开日2012年9月19日 申请日期2012年4月18日 优先权日2012年4月18日
发明者朱星, 李有明, 汪照, 赵杰, 赵翠茹 申请人:宁波大学