[发明专利]一种基于用户服务质量的MIMO中继资源分配方法

权利要求书

1.一种基于用户服务质量的MIMO中继资源分配方法，其特征在于包括以下步骤：

①假设基站与每个用户之间的直传链路处于深衰落状态；并假设中继转发策略为解码转发，传输过程分为两个时隙：第一时隙，基站向中继发送数据；第二时隙，中继将解码后的信号转发给用户，用户端采用最大比合并方式接收中继转发的信号；

②在下行链路的OFDMA系统的最优资源分配模型的基础上，建立MIMO中继系统的最优资源分配模型为：maxΣk=1KΣm=1MΣn=1Nρk,m,n×BN×log2(1+pBS,k,mnHBS,k,mn),]]>且该最优资源分配模型满足以下约束条件：约束条件约束条件A2:Σk=1KΣm=1Mρk,m,n=1,∀n;]]>约束条件A3:Σk=1KΣm=1MΣn=1NpBS,k,mn≤P;]]>约束条件A4:Σk=1KΣn=1Nρk,m,nRBS,k,mn≥Qm,∀m;]]>约束条件A5:pBS,k,mn≥0,∀k,m,n;]]>其中，max()为取最大值函数，K表示MIMO中继系统中的中继的数目，K≥1，1≤k≤K，M表示MIMO中继系统中的用户的数目，M≥1，1≤m≤M，N表示MIMO中继系统中的可用子载波的数目，N≥1且N>M，1≤n≤N，ρk,m,n的取值为1或0，ρk,m,n＝1表示第m个用户通过第k个中继在第n个可用子载波上传输信息，ρk,m,n＝0表示第m个用户不是通过第k个中继在第n个可用子载波上传输信息，B表示MIMO中继系统的总可用带宽，B>0，表示基站BS通过第k个中继与第m个用户在第n个可用子载波上传输信息时分配的功率，表示基站BS通过第k个中继与第m个用户在第n个可用子载波上传输信息时的等效信道增益，约束条件A1表示ρk,m,n的取值只能为0或1，约束条件A2表示每个可用子载波最多只能被一个中继和一个用户使用以避免干扰，约束条件A3表示MIMO中继系统的总发送功率约束，P表示MIMO中继系统的总发送功率，P≥0，约束条件A4用于保证每个用户满足其服务质量要求，RBS,k,mn=Σk=1KΣn=1Nρk,m,n×BN×log2(1+pBS,k,mnHBS,k,mn),]]>Qm表示第m个用户的最低要求速率，约束条件A5表示的限制；

③假设每个可用子载波等功率分配，为每个用户选择好最优的中继和分配好最优的可用子载波，具体过程为：

③-1、按照从大到小的顺序排列所有用户各自的最低要求速率，并构成用户速率集合；令R_m表示第m个用户的传输速率，并令ω_m表示第m个用户的选择优先性因子，R_m和ω_m的初始值为0；

③-2、按序为用户速率集合中的每个最低要求速率对应的用户选择最优的中继和分配最优的可用子载波，将用户速率集合中的第m'个最低要求速率对应的用户定义为当前用户，其中，m'∈[1,M]；

③-3、假设当前用户为第m^*个用户，并假设为当前用户选择的最优的中继为第k^*个中继，且分配的最优的可用子载波为第n^*个可用子载波，则有：其中，m^*∈[1,M]，k^*∈[1，K]，n^*∈[1，N]，表示求取使得最大的k和n，表示基站BS通过第k个中继与第m^*个用户在第n个可用子载波上传输信息时的等效信道增益，Ω_K表示MIMO中继系统中的所有中继的集合，Ω_N的初始值为MIMO中继系统中的所有可用子载波的集合；

③-4、将已分配的第n^*个可用子载波从Ω_N中删除；

③-5、更新当前用户的传输速率，Rm*=Rm*+BN×log2(1+p×HBS,k*,m*n*),]]>然后计算当前用户的选择优先性因子，ωm*=Qm*-Rm*,]]>其中，Rm*=Rm*+BN×log2(1+p×HBS,k*,m*n*)]]>中的“＝”为赋值符号，表示基站BS通过第k*个中继与第m*个用户在第n*个可用子载波上传输信息时的等效信道增益，表示当前用户的最低要求速率；

③-6、令m'＝m'+1，然后将用户速率集合中的下一个最低要求速率对应的用户作为当前用户，再返回步骤③-3继续执行，直至为每个用户选择好最优的中继和分配好最优的可用子载波，此时Ω_N中剩余N-M个可用子载波，其中，m'＝m'+1中的“＝”为赋值符号；

④找出值最大的选择优先性因子对应的用户，假设找出的用户为第个用户，则继续为该用户选择一个中继和分配一个可用子载波，假定选择的中继为第个中继，且分配的可用子载波为第个可用子载波，则有：然后将已分配的第个可用子载波从ΩN中删除；再更新该用户的传输速率，Rm~=Rm~+BN×log2(1+p×HBS,k~,m~n~),]]>并更新该用户的选择优先性因子，ωm~=Qm~-Rm~;]]>其中，m~∈[1,M],]]>k~∈[1,K],]]>n~∈[1,N],]]>表示求取使得最大的k和n，表示基站BS通过第k个中继与第个用户在第n个可用子载波上传输信息时的等效信道增益，中的“＝”为赋值符号，表示基站BS通过第个中继与第个用户在第个可用子载波上传输信息时的等效信道增益，表示第个用户的最低要求速率；

⑤判断所有用户的选择优先性因子中值最大的选择优先性因子是否小于或等于0，如果是，则表明所有用户各自的即时速率都能达到各自的最低要求速率，然后执行步骤⑥；否则，表明存在用户的即时速率还没有达到最低要求速率，然后返回执行步骤④；

⑥判断Ω_N是否为空集，若Ω_N为空集，则执行步骤⑧，若Ω_N不为空集，则执行步骤⑦；

⑦按照基于系统容量最大化原则，对Ω_N中的所有可用子载波进行分配，在Ω_N中的所有可用子载波被分配完毕后执行步骤⑧；

⑧采用线性注水法进行优化功率分配，将基站BS通过第个中继与第个用户在第个可用子载波上传输信息时分配的功率表示为pBS,k^,m^n^=max(B2N×ln2×λ-1HBS,k^,m^n^,0),]]>且Σn^=1NpBS,k^,m^n^=P,]]>其中，1≤k^≤K,1≤m^≤M,]]>max()为取最大值函数，λ表示拉格朗日因子，表示基站BS通过第个中继与第个用户在第个可用子载波上传输信息时的等效信道增益。

2.根据权利要求1所述的一种基于用户服务质量的MIMO中继资源分配方法，其特征在于所述的步骤⑦中对Ω_N中的所有可用子载波进行分配的具体过程为：

⑦-1、从Ω_N中取出一个可用子载波；

⑦-2、假设该可用子载波为第个可用子载波，则为该可用子载波寻找最优的中继和最优的用户，假定为该可用子载波寻找到的最优的中继为第个中继，且为该可用子载波寻找到的最优的用户为第个用户，那么有：其中，表示求取使得最大的k和m，表示基站BS通过第k个中继与第m个用户在第个可用子载波上传输信息时的等效信道增益；

⑦-3、将该可用子载波分配给第个用户，然后将已分配的第个可用子载波从Ω_N中删除，接着从Ω_N中取出下一个可用子载波，再返回步骤⑦-2继续执行，直至Ω_N中的所有可用子载波被分配完毕，即直至Ω_N为空集。