[发明专利]一种OFDMA 系统中基于效用的无线资源分配方法

说明书

技术领域

本发明属于无线资源分配技术领域，涉及一种OFDMA系统中基于效用的无线资源分配方法。 

背景技术

OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access，正交频分多址)是以OFDM技术为基础发展起来的，它的基本思想是将高速数据流分散到多个子载波上传输，这些子载波之间是相互正交的。从而大幅度地降低了子载波上的符号速率，使符号的持续时间加长，因此可以抵抗时延扩展，大大减小了符号间干扰。OFDM调制中，各个子载波之间是相对独立的，每条子载波可以有自己特定的调制方式和发射功率电平，OFDMA与常规的频分复用FDMA相似，但是FDMA需要有保护频带，而OFDMA不需要保护频带，避免了频带资源的浪费。 

在无线网络中，无线频谱资源稀缺，无线资源被越来越多的用户所共享，无线资源的分配和调度方法是无线网络研究的重要课题。随着对多媒体业务支持需求的日益增长，例如：国际协议电视，在线游戏和远程医疗等，所需的传输带宽也要随之增长。带宽的增长导致了系统性能的下降，这时因为频率选择性衰落会引起的符号间干扰。正交频分多址(OFDMA)物理层(PHY)和媒体接入控制(MAC)技术避免了频率选择性，另外，OFDMA分配一组可用的子载波集给每个用户而不需要在整个带宽范围传输，因此，可以节省传输功率。而且，当子载波增益随着时间变化的同时，OFDMA可以利用多用户特性更新它的子载波分配，得到多用户分集增益。多用户OFDMA系统的自适应资源分配，通过利用多用户分集，在不增加网络设施的情况下，也可以达到更高的频谱效率。 

在3GPP LTE的标准化进程中，OFDMA已经成为下行链路的主流多址 方案，同时OFDM技术也是上行链路的热门技术。WiMAX论坛的调制方案也选择OFDMA。OFDMA也成为IEEE802.16中的核心物理层技术，IEEE802.16d标准和802.16e标准分别提出了固定带宽无线接入和移动带宽无线接入标准。 

正是由于带宽和功率资源是有限的，基站需最大效率地分配它们。传统关于OFDMA资源分配的研究大多都只集中在物理层，然而基于分层的网络结构不利于资源的有效利用。在只考虑物理层优化时，通常分组被假设成无限长，而实际系统中，数据分组的到达是随机的，所以会导致资源的浪费，降低频谱资源利用率和用户的QoS等级。 

发明内容

本发明解决的问题在于提供一种OFDMA系统中基于效用的无线资源分配方法，可以更好地结合物理层和MAC层特征，从而更加有效地分配资源。 

本发明是通过以下技术方案来实现： 

一种OFDMA系统中基于效用的无线资源分配方法，包括以下步骤： 

1）在单小区多用户下行OFDMA系统中，M个用户被同一个基站服务，共有K种可选择的调制方式，系统被分成N条相互正交的子载波，所有用户的数据包到达过程服从泊松分布，每个时隙都有新的数据包到达，用户的数据队列长度L等于当前时隙新到达的数据包量与队列中剩余数据包量之和； 

用户在子载波上的效用函数为μ_nmk=f(L,N_t,r,τ,α)，μ_nmk的值表示将子载波n∈{1,...,N}分配给任意用户m∈{1，...,M}并且采用调制方式k∈{1,...,K}所能得到的收益； 

μ_nmk不仅考虑可达速率r，时延τ和用户QoS系数α的影响，还将用户的数据队列长度L和已发数据包数量N_t的信息考虑在内；效用函数μ_nmk是r，τ和L的单调递增函数，是N_t的单调递减函数； 

2）资源分配在每条子载波上执行，在分配时找到子载波分配矩阵I_N×M×K使 OFDMA系统总效用最大化，该矩阵表示每条子载波分配给了哪个用户及其调制方式和每个用户分配到了哪些子载波； 

I_nmk是子载波分配指示矩阵I_N×M×K中的任意元素，表示子载波n是否已分配给调制方式为k的用户m，它的取值为0或1，I_nmk∈{0,1}； 

当I_nmk=1时，表示子载波n已分配给调制方式为k的用户m；当I_nmk=0时，则没有将子载波n分配给调制方式为k的用户m；