[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

说明书

本发明公开了多用户MIMO‑OFDM中基于用户公平性和QoS的吞吐量优化方法，包括：推导获得单个子载波支持的传输速率，及确定每个子载波可容纳最大用户数；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；定义吞吐量优化模型；利用所定义吞吐量优化模型根据用户的优先级权重进行子载波的分配，具体为：对GBR用户所需分配的GBR业务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业务；利用注水算法对每个用户子载波的功率进行优化分配。本发明结合子载波分配、功率分配两步进行系统吞吐量的优化，大大降低了算法复杂度，增加了资源优化的灵活性。

技术领域

本发明涉及一种多用户MIMO-OFDM中基于用户公平性和QoS的吞吐量优化方法，属于无线通信系统的MIMO-OFDM吞吐量优化的技术领域。

背景技术

随着无线通信的飞速发展以及移动终端数量的增加，用户对于高速数据传输的要求越来越迫切。为了容纳更多的用户，提供更高质量的服务，无线通信对系统的吞吐量、用户服务质量等各方面提出了更高的要求。

在无线通信系统中，MIMO和OFDM技术作为LTE中的两项关键技术，在过去一段时间内一直受到很大的关注。MIMO技术通过引入空分多址，可以在不增加带宽或总发送功率的情况下大幅度地增加系统吞吐量(throughput)。其核心在于：利用收发两端多天线之间的空间自由度，建立多个平行的独立信道来抑制信道衰落，进行数据传输，通过空分复用或者用户分集达到提高系统容量的目的。OFDM(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing)即正交频分复用技术，它是一种可靠的的高速数字数据传输技术，能够适合存在多径效应和多普勒频移的复杂无线信道。这是因为OFDM采用了多条正交子载波代替的单一频率的无线信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输，利用其正交性减少子信道之间的相互干扰(ISI)。由于每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上可以看成平坦性衰落。故OFDM技术可以有效抑制多径效应，消除码间串扰，减轻频率选择性衰落的影响，大大提高无线信道的资源利用率。

多用户MIMO-OFDM系统中，资源分配是提高频谱效率的关键技术之一，由于不同种类业务对QoS速率、时延等要求各不相同，因此在保证QoS要求的前提下优化吞吐量一直是MIMO系统资源分配的热点。然而，由于业务种类繁多，在最大化吞吐量的目标下，同时保证不同业务的速率和时延会造成约束条件过多，因此多数文献只是简单考虑了时延或者速率其一，没有对业务QoS提供精细化的保证。另一方面，由于不同通信链路的信道状况不一，一味的追求吞吐量，将资源分配给信道条件好的用户，很容易引起资源分配的不公平性，导致绝大多数资源被极少数的用户占用，其余用户一直得不到资源调度。因此，在优化吞吐量的目标下合理兼顾用户间的公平性成为了MIMO系统资源分配的另一热点问题。目前为止，绝大多数文献均未做到既合理兼顾用户公平性，又对不同类型业务QoS提供精细化的保证。同时，由于多用户MIMO通过空分复用，使得资源在可分配的维度上又增加了一倍，很多文献也通过降低资源分配维度的方式实现了复杂度的降低：比如，规定每个子载波上只容纳一个用户，限定功率在每个子载波上平均分配等。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种多用户MIMO-OFDM中基于用户公平性和QoS的吞吐量优化方法，解决现有的系统未做到既合理兼顾用户公平性，又对不同类型业务QoS提供精细化的保证的问题，结合子载波分配、功率分配两步进行系统吞吐量的优化，大大降低了算法复杂度。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

多用户MIMO-OFDM中基于用户公平性和QoS的吞吐量优化方法，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；