[发明专利]多用户MIMO-OFDM中基于用户公平性和QoS的吞吐量优化方法

权利要求书

1.多用户MIMO-OFDM中基于用户公平性和QoS的吞吐量优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、推导获得多用户MIMO-OFDM系统中单个子载波支持的传输速率，并确定每个子载波的可容纳最大用户数，采用公式：

其中，K_m是子载波上可容纳的最大用户数，N_T是发射天线数目，n_r是接收天线数目，表示对向下取整；

步骤2、将用户分成GBR用户和非GBR用户，根据当前用户的业务状态定义各自的优先级权重；

步骤3、定义吞吐量优化模型；

利用所定义的吞吐量优化模型根据用户的优先级权重进行子载波平行信道的分配，包括：对GBR用户按业务优先级权重进行排序，依次为每个业务进行子载波的平行信道分配；对于剩余的子载波的平行信道，以比例公平调度算法分配给Non-GBR用户；

利用注水算法对每个用户所分配得到的子载波功率进行优化分配，以获得最大化吞吐量。

2.根据权利要求1所述多用户MIMO-OFDM中基于用户公平性和QoS的吞吐量优化方法，其特征在于：所述步骤1推导获得的单个子载波支持的传输速率为：

其中，λ_i，m为子载波m上用户i等效信道矩阵的秩；N₀是满足零均值复高斯随机变量信道噪声的功率；1/Γ是功率损失，且1/Γ＝-ln(5BER)/1.5；s_i，m，l是信道增益对角矩阵的第l个对角元素，即该子载波上用户i的第l个等效平行信道；p_i,m,l是分配给该等效平行信道的功率，而α_i，m则表示用户i是否在子载波m上，等于1时表示用户i占用子载波m，等于0时表示不占用。

3.根据权利要求1所述多用户MIMO-OFDM中基于用户公平性和QoS的吞吐量优化方法，其特征在于：所述步骤2中定义各自的优先级权重为：

其中，W_i为用户所对应的调度优先级，GBR_i表示第i个业务的保证比特率，T_i表示第i个业务容许的最大时延；D_i(t)表示第i个业务t时刻缓冲区队首分组的等待时延，等于当前时间减去到达时间；对于实时业务，若D_i(t)＞T_i则丢弃该分组；r_i(t)为用户的瞬时数据速率，为用户一段时间内的平均速率。

4.根据权利要求1所述多用户MIMO-OFDM中基于用户公平性和QoS的吞吐量优化方法，其特征在于：所述步骤3定义的吞吐量优化模型为：

s.t.

α_i，m∈{0，1}

r_i≥g_i

D_i≤T_i

其中，R为系统总速率；M为子载波个数；K_m为子载波上可容纳的最大用户数；λ_i，m为子载波m上用户i等效信道矩阵的秩；W_i为每个用户所对应的调度优先级，α_i，m表示用户i是否在子载波m上，等于1时表示用户i占用子载波m，等于0时表示不占用；r_i，m，l为子载波m上用户i的某一等效平行信道l上的带宽归一化数据速率；r_i为用户的瞬时数据速率；g_i为用户的保证速率；D_i表示第i个业务缓冲区队首分组的等待时延；T_i表示第i个业务容许的最大时延；p_i，m，l为分配给某一等效平行信道l的功率；P_total为系统总功率。

5.根据权利要求1所述多用户MIMO-OFDM中基于用户公平性和QoS的吞吐量优化方法，其特征在于：所述步骤3中利用的注水算法为：

p_i，m≥0

其中，p_i，1为户i在最小特征值空间子信道上的功率；p_i，m为用户i在子载波m上所分配的功率；h_i，1为用户i所在空间子信道中的最小特征值；h_i，m为用户i在子载波m空间子信道上的特征值。