[发明专利]一种基于用户服务质量的MIMO中继资源分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通信系统资源分配技术，尤其是涉及一种基于用户服务质量(QoS)的MIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出)中继资源分配方法。

背景技术

MIMO技术最早是由Marconi于1908年提出的。MIMO技术通过在发射端和接收端布置多根天线来抑制信道衰落，可以使MIMO通信系统获得更高的空间复用和空间分集增益，因而在相同的发射功率和误比特率限制下，MIMO通信系统能够获得比单输入单输出(SISO)通信系统更高的系统容量。中继(Relay)技术是LTE-Advanced的关键技术之一，将无线中继技术引入到蜂窝网中，能够起到扩大基站覆盖范围、提高边缘用户的服务质量(QoS)、增大系统容量等作用。

基于OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access，正交频分多址)的无线通信系统中的资源分配问题是指根据用户的特点和信道的差异，自适应地调整用户的子载波分配和功率分配，比较经典的有注水算法、贪婪算法、最大最小算法等。在基于OFDMA的无线通信系统中引入中继后，由于信号进行转发时经过的中继不同，接收端信号的衰减和误码率有所差异，此时通过中继进行信号传输时，还需要合理的选择转发中继，因此，基于OFDMA的无线通信系统中的传统资源分配算法不能直接用于基于中继技术和MIMO技术的无线通信系统中。在无线通信中，用户之间的业务差异使得不同用户对速率的要求是不同的，因此，进行资源分配时还应充分考虑到每个用户的服务质量要求。目前，基于中继技术和MIMO技术的无线通信系统中的资源分配问题得到了越来越多的关注，已经提出了一些基于速率最大化准则下的中继选择、子载波分配与功率分配的联合优化算法，然而这些算法很少考虑不同业务用户的服务质量问题，使得某些用户能够得到较高的传输速率，而一些信道较差的用户有可能永远不能进行通信；而且这些算法是通过将子载波分配与功率分配联合求解，通过连续迭代来得到最优资源分配的，因此其计算复杂度相对较高，使得硬件实现的难度增大，可靠性降低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于用户服务质量的MIMO中继资源分配方法，其计算复杂度低，且易于实现子载波、中继及功率的分配，使得在保证用户的最低要求速率的前提下，能够实现总的系统容量最大化。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：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：且该最优资源分配模型满足以下约束条件：约束条件A1:约束条件A2:约束条件A3:约束条件A4:约束条件A5: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，ρ_k,m,n的取值为1或0，ρ_k,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，ρ_k,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ρ_k,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，Q_m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：