[发明专利]认知正交频分复用系统中基于业务质量的资源分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种特别用于OFDM认知无线电系统中QoS的自适应资源分配实现方案，属于通信技术领域。

背景技术

近年来，随着无线通信业务的不断增长，频谱资源越来越紧缺，然而大量授权的无线频谱却被闲置或者利用率极低，使得认知无线电成为当前的研究热点。认知无线电的基本思想是未被授权用户利用空闲频谱进行通信，其可用无线资源是根据授权用户的频谱使用情况而动态变化的。因此，能否实现对系统可用无线资源的合理有效管理，对整个认知无线电系统的性能优劣起着决定性作用。良好的频谱分配策略及功率分配算法应当能够在提高系统容量的同时，保证用户可靠的通信服务质量。

正交频分复用(OrthogonalFrenqency Division Multiple，OFDM)的基本原理是将高速的数据流通过串并变换，分配到传输速率相对较低的若干个子信道中进行传输，这样使得每个OFDM符号周期远远大于信道的多径时延扩展，因此可以减轻由无线信道多径时延扩展对系统造成的影响。同时，由于它在每个OFDM符号之前插入了保护间隔，只要使得保护间隔大于信道的最大时延扩展，这样就可以对抗由多径引起的符号间干扰(Inter-SymbolInterference，ISI)。因此OFDM技术能够同时满足高速和抗干扰两方面的要求。OFDM技术具有便于自适应调整参数的可重配的子载波结构，其接收端的快速Fourier变换模块也可同时用于频谱感知。因此如何对OFDM系统进行自适应的资源分配，如何利用多用户的分集增益进行自适应的接入，并把自适应资源分配应用在认知无线电系统中，从而实现最大限度的频谱资源利用率，提高系统传输效率，成为未来通信发展的一个热点。

传统OFDM系统中的自适应分配问题，一般是对给定的发送功率和传输带宽，在保证服务质量(QoS)所需要BER的条件下，根据子信道的瞬时特性自适应地为多用户分配子信道和子信道上的比特率，使系统容量最大化。但在认知系统中主用户和次用户经常同时使用相邻的频谱，从而会产生不可避免的相互干扰，这种干扰取决于发送功率和主用户与次用户所占频谱间的距离，次用户的发送功率越大，与主用户将的距离越近，对主用户的干扰就越大。所以如何利用OFDM技术的特性减小这种干扰同时最大化系统容量是一个重要的问题。解决此优化问题的最优方法是拉格朗日乘子法，但由于复杂度太高，仅限于理论上的最优，无法应用到实际中。因此，需要设计好的次优分配算法来接近最优方法的性能。另一方面，用户业务的QoS要求在实际应用中是不得不考虑的因素，假设不同时隙次用户可用频谱情况服从一定的概率分布，在满足实时用户的延时要求的情况下，最大化非实时用户的速率，从而使次用户系统容量最大化是研究的重点。

发明内容

技术问题：本发明的目的是在于提供一种认知正交频分复用系统中基于业务质量的资源分配方法，该方法中根据不同时隙，不同次用户队列的排队情况，将实时业务次用户的时延要求转换为速率要求，然后，将速率要求看作用户的需求。最后，在次用户总功率和每个主用户所能接受的干扰限制下，对于实时业务次用户，根据不同需求，进行子信道，比特和功率的自适应分配，对非实时业务次用户进行分配时，则总是选取信道情况最好的用户给予分配比特。从而，在满足实时业务次用户的QoS需求下，最大化非实时业务次用户传输速率，以达到容量最大化的目的。

技术方案：本发明提供一种OFDM认知无线电系统中基于QoS的自适应资源分配方法，在不同时隙中，次用户根据不同的队列排队情况，把实时业务的QoS需求公式化为速率要求，并将其看做次用户的需求，对于实时业务，每次选择需求最大的用户进行子信道，比特和功率分配，直到所有实时业务满足QoS需求，最后，将剩余的资源分配给非实时用户。发明中提供了一种性能较佳的分配算法，能保证在次用户总功率和每个主用户所能接受的干扰限制下，满足实时业务QoS需求的同时，最大化系统容量。

该方法包括以下步骤：

a.计算次用户k在时隙t的速率其中j为数据包序号，为次用户k缓存器中的第j个数据包在时隙t能忍受的最长等待时间，F为数据包的长度，T_symbol是一个OFDM符号持续时间，k∈{1，2，...，K_RT}，K_RT为实时业务用户数；