[发明专利]一种正交频分复用系统的实时业务资源分配方法

摘要

本发明正交频分复用系统的实时业务资源分配方法，特征是调度模块将分组分成多个优先级，根据子载波与功率联合分配算法的反馈信息、用户信道状态、队列状态、业务的服务质量要求和队首分组时延决定分组调度次序；子载波与功率联合分配模块根据调度模块提供的分组排序结果、用户信道状态信息和用户队列中的分组数量，在满足一定误比特率要求的前提下，先为高优先级的分组分配子载波，再为低优先级的分组分配子载波，从而减少了子载波分配的步骤，并在必要时通过开启迭代子载波交换单元达到不减小系统容量的目的，通过开启子载波释放单元达到最小化系统丢包率的目的。因此，可以减小实时业务的丢包率，提高系统容量，并为用户提供满意的服务。

主权项

1、一种正交频分复用系统的实时业务资源分配方法，包括调度模块和自适应子载波与功率联合分配模块；基站为每个用户提供有限长度的队列，队列长度是分组的峰值到达速率和可以忍受的最大等待时延的乘积，基站还为每个用户的业务队列建立并维护标签，标签记录相应的用户标识符、分组标识符、用户分配到的子载波标识符、用户队列中的分组数量、各分组的等待时延和分组可以忍受的最大等待时延；基站将实时业务的数据输入到各用户独立的队列中，队列中分组的服务次序是先到先服务；基站端通过广播信道通知队列中分组数量非零的用户进行信道估计；用户通过无差错的反馈信道将信道估计结果汇报给基站；基站侧的资源分配算法每帧执行一次，每次分配过程中只将一个子载波分配给一个用户，各子载波采用相同的调制方式；在一帧的起始时刻，调度模块为用户排序，并将排序后的用户标识符序列和用户队列中的分组提供给自适应子载波与功率联合分配模块；自适应子载波与功率联合分配模块先根据用户反馈的信道状态信息将用户的子载波按照增益递减排序，得到各用户的子载波增益递减序列，再根据调度模块提供的用户标识符序列和用户队列中的分组信息为用户队列中的分组分配子载波，并将每个用户可以发射的分组数量反馈给调度模块；其特征在于：所述调度模块产生高优先级分组用户标识符序列和低优先级分组用户标识符序列，包括：初始化单元在每帧的起始时刻根据上一次资源分配结束后子载波与功率联合分配模块的反馈丢弃等待时延大于等于该分组可以忍受的最大等待时延的分组、将用户分配到的子载波标识符进行清零、为上一帧时间内到达的分组建立新的分组标识符、统计用户队列剩余的分组数量和记录用户队首分组的等待时延，并将等待时延等于该用户分组可以忍受的最大等待时延与帧长之差的队首分组标记为“处于被丢弃边沿的分组”，将其他分组标记为“普通分组”；调度因子计算单元按照公式$G_k=J(T_{P_{\mathrm{fk}}},{\left|h^k\right|}^2)$ 计算每一个队列中剩余分组数量非零的用户k的调度因子，式中TPfk表示用户队列中最先到达的分组Pfk已经等待的时延，${\left|h^k\right|}^2=\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\Sigma }}{\left|h_n^k\right|}^2,$ 其中hnk表示第k个用户在第n个子载波上的信道增益的幅度，N是系统子载波总数；计算结束后，排序单元将用户的调度因子递减排序，得到用户调度因子递减序列；分类单元先开辟高优先级分组用户标识符序列和低优先级分组用户标识符序列两个空序列，再将调度因子递减序列中具有“处于被丢弃边沿的分组”的用户标识符依次放入高优先级分组用户标识符序列，将具有“普通分组”的用户标识符依次放入低优先级分组用户标识符序列，然后进入自适应子载波与功率联合分配过程；自适应子载波与功率联合分配模块包括：子载波排序单元根据用户反馈的信道状态信息，将分组数量非零的用户的子载波按照增益递减排序，得到各用户的子载波增益递减序列；高优先级分组子载波与功率联合分配单元依次为高优先级分组用户标识符序列中的用户的队首分组分配该用户子载波增益递减序列中的空闲子载波，记录每个用户分配到的子载波的标识符，计算并记录分配给这些子载波的发射功率，直到没有队首分组需要被发射，或系统空闲子载波数为零；然后，低优先级分组子载波与功率联合分配单元依次为低优先级分组用户标识符序列中的用户的普通分组分配该用户子载波增益递减序列中的空闲子载波，记录每个用户分配到的子载波的标识符，计算并记录分配给这些子载波的发射功率，直到没有分组需要被发射，或系统空闲子载波数为零；分配结束之后，发射总功率计算单元对分配给各个子载波的发射功率累计求和，将得到发射总功率并送入判决单元；如果判决单元收到的判决值大于基站发射总功率限制，则迭代子载波交换单元开始工作，所述迭代子载波交换单元对于系统中的任意一对用户(k，k＇)，首先分别在它们分配到的子载波标识符所记录的子载波集合中计算各子载波的功率节约因子，降序排列后得到用户k的功率节约因子集合${\left\{\Delta S_{n,m}^{k,k^{\prime }}\right\}}_{m=1}^{S_k}$ 和用户k＇的功率节约因子集合${\left\{\Delta S_{n^{\prime },m}^{k^{\prime },k}\right\}}_{m=1}^{S_{k^{\prime }}},$ m表示子载波在集合中的位置；然后，找到所有满足$(\Delta S_{n,m}^{k^{\prime },k}+\Delta S_{n^{\prime },m}^{k,k^{\prime }})>0\forall m\in \min (N_k,N_{k^{\prime }})$ 的子载波对，交换并更新分配给每个子载波的发射功率；其中，Nk是分配给第k个用户的子载波数，Nk＇是分配给第k＇个用户的子载波数，ΔSnk，k＇ 是第n个子载波的功率节约因子；再更新子载波分配结果、分配给用户的子载波的标识符和分配给各子载波的发射功率；子载波交换结束之后，发射总功率计算单元重新计算发射总功率并送入判决单元；如果判决单元收到的判决值仍大于基站发射功率限制，则子载波释放单元从最后一个分配到子载波的分组开始，按照分组分配到子载波的先后次序的逆序，依次释放分配给各分组的子载波，当承载被选中分组的子载波被释放完之后，更新该分组所属用户分配到的子载波的标识符并将分配给这些子载波的发射功率清零，直到判决单元收到的判决值不超过基站发射总功率限制；最后，统计反馈单元记录本次资源分配的结果，并将每个用户可以发射的分组数量反馈给调度模块的初始化单元。