[发明专利]基于排序的OFDM系统动态比特加载方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信领域，一种用于正交频分(OFDM)系统的动态比特加载方法。

背景技术

正交频分复用(OFDM)是一种移动通信环境下的多载波传输技术，其最大的特点就是将可用频带划分成若干个子载波，从而将频率选择性信道转化成一系列正交的平坦衰落信道，结合循环前缀，OFDM可以有效的对抗多径效应，极大地提高了数据传输速率；由于子载波在频谱上的重叠，OFDM极大地提高了频谱利用率；由于IFFT/FFT可以用来实现OFDM的调制/解调，极大地简化了多载波系统发射机和接收机的设计。OFDM在数字视频/音频广播(DVB-T/DAB)、无线局域网(IEEE802.11Serial、Hiper-LAN/2)、数字用户线(xDSL)等领域中都获得了广泛的应用。

OFDM易于同动态资源分配技术相结合，可以显著提高系统容量，从而受到广泛关注。理论上，注水法可以获得最优的比特加载性能。但是采用注水法获得的比特加载结果是连续的任意实数，与实际通信系统中的BPSK，QPSK，MQAM调制要求的离散整数比特加载相矛盾。目前，离散整数比特加载的算法可以分为两类：一类是在注水算法的基础上进行舍入近似，如Chow算法、Fischer算法等；另一类是直接解决离散整数资源分配问题，如Greedy(贪婪)算法、Campello算法。可以证明贪婪算法是离散整数比特加载的最优算法，在比较OFDM系统资源分配算法性能时，常为人采用。但是贪婪算法在用户资源较多时，复杂度很高，不能满足实时通信的要求。有鉴于此，对性能优而复杂度低的比特加载算法进行研究具有很大的实际意义。

发明内容

贪婪算法的显著特点是每次只为一个子载波加载若干个比特，并且每次比特加载都需要进行必要的计算以确定目标子载波。其复杂度主要存在于每次目标子载波的选择计算上。当为用户分配的子载波较多或者要求的速率较高时，算法的实时性很难保证。现存的复杂度低的比特加载算法相对于贪婪算法往往存在性能损失。为了兼顾性能和复杂度两个方面，本发明首先确定具有相同贪婪算法比特加载共性的子载波的边界，随后将排序后的子载波分组，每次同时为多个子载波加载比特，极大地降低了目标子载波选择的复杂度。

本发明提供了OFDM系统中的基于Greedy算法的改进方法，其原理为：首先对为用户分配的子载波按照其信道增益平方的大小进行降序排列，然后按照计算出的分组边界将子载波分组。将子载波分组的目的是当进行比特加载时，选定组内的所有子载波可同时加载比特，极大地简化了比特加载过程。按组加载比特时各组的加载顺序为：第一次加载的组为：A₁；第二次加载的组为：A₁，A₂；第三次加载的组为：A₁，A₂，A₃；第四次加载的组为：A₁，A₂，A₃，A₄；......考虑到子载波信道增益的随机性及由此引起的每组内子载波个数的不确定性，为了满足要求的速率，本发明利用划分子组的方法或Greedy算法做进一步的细化比特加载，逐步逼近要求的速率。

本发明提供的比特加载方法包括如下步骤：

考虑一个OFDM系统，对于某个用户，为其分配的子载波和相应子载波的信道增益全部已知，用户需要加载的总的比特数记为R。

首先基站对为用户分配的所有子载波按照信道增益平方的大小进行降序排列，并将该用户的子载波信道增益平方的最大值记为|α_max|²，计算分组界限的方法如下：设速率-功率函数为f(c)(f(c)表示在信道增益等于1时，在某一个子载波上实现可靠接收c个信息比特所需的发射功率)，第一次加载ΔB比特时，第一组所有子载波全部加载ΔB比特，其边界决定于该组内子载波是否有子载波要加载第二个ΔB比特，故第一组内的任意子载波j的信道增益平方|α_j|²应该满足：