[发明专利]一种多用户OFDM系统资源分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种多用户OFDM系统资源分配方法。

背景技术

随着3G业务的发展和移动互联网的兴起，用户可以在手机终端上进行原来只能在PC上的业务，例如网络视频，网络游戏等。但在丰富了用户体验的同时，也带来了数据的膨胀，使宝贵的频率资源变得更为紧张，给传统的蜂窝小区带来了巨大挑战。如何在增大系统吞吐量和频谱利用率的同时，保证各个用户不同业务的速率比例约束，成为了又一个热点问题。由于OFDM系统具有频谱效率高，自适应调制，抗多径衰落好、频带扩展性强等特点，可以有效解决资源紧张和频率干扰问题，因此在3G和未来的4G中OFDM技术都是一项基本技术。

OFDM系统将整个有效频带分成多个子载波，并且子载波之间正交。同时，每个子载波是窄带的，在深度衰落的情况下，平均在单个窄带子载波上可以近似为平坦性衰落。这样可以允许用户根据自身信道特点，自适应的选择子载波进行通信。例如，一个子载波对一个用户是深度衰落，有可能对其他用户是较好的选择。各个子载波可以根据信噪比进行自适应调制，因此OFDM系统能更充分利用有限的频谱资源。

OFDM最早由Chang提出，证明了利用OFDM系统中子载波的正交性可以提升频谱利用率。Peled又提出在OFDM符号之间插入循环前缀作为保护间隔，在消除符号间干扰（ISI）的同时，保证系统在多径条件下仍能保持正交。但是之前的研究大多没有考虑用户间不同业务的需求。有发明中提到的Hughes-Hartogs算法，是被公认的比特加载的最优算法，但是其巨大的计算量，在实际中不适用，只能作为一个理论依据；有发明考虑了不同用户间不同业务的速率约束不同，但是其采用了理想化的线性注水算法，不能自适应调制比特分配。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何在满足功率约束和用户速率约束的条件下，最大程度提升系统吞吐量和频谱效率。

（二）技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了一种多用户OFDM系统资源分配方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1：获取用户信道增益，设定各个用户之间的速率比例约束矩阵；

所述速率比例约束矩阵为用户速率之间的比例关系矩阵；

S2：根据速率比例约束矩阵将子载波分配给用户；

S3：对所述子载波分配比特。

所述步骤S2具体为：

S21：将系统的功率平均分给子载波；

S22：对用户信道分配相对于该用户增益最大的子载波，得到初始速率矩阵；

S23:根据所述初始速率矩阵和速率比例约束矩阵的比值找到此刻受约束最小的用户，将剩余子载波中对其增益最大的子载波分配给该受约束最小的用户；

S24:查看此刻子载波是否已经分配完毕，若没有，则返回步骤S23；否则退出。

所述步骤S3具体为：

S31：通过遗传算法给子载波分配比特；

S32：通过贪婪算法对比特进行二次分配。

所述步骤S32具体为：

S321：计算各个子载波的功率和各个用户的当前速率比，得到各个用户的当前速率比和速率比例约束矩阵中对应用户的速率比设定值的差值；

S322：若所述差值大于指定值，则找出差值中对应最大差值的用户和对应最小差值的用户，否则，退出程序；

S323：将所述对应最大差值的用户的单位比特消耗功率最大的子载波上的比特数置零，并更新该用户的功率；

S324：查看此时子载波的功率之和是否超出系统总功率，若超出系统总功率，则返回步骤S321，否则，进入步骤S325；

S325：将所述对应的最小差值的用户的单位比特功率消耗最小的子载波上的比特数加一，并返回步骤S324。

所述计算各个子载波的功率的公式为：

P_t(b(n))=P_r(b(n))/G(k,n)

其中：

b(n)为子载波n上的比特数量；

P_t(b(n))为发射机端子载波n上的功率；

P_r(b(n))为接收机端子载波n上传输b(n)比特所需要的功率；

G(k,n)为第k个用户上子载波n的信道增益。

所述各个用户的当前速率比是指当前各个用户的子载波上的比特总和的比值。

（三）有益效果