[发明专利]一种正交频分多址接入中继系统的用户公平资源分配方法

摘要

本发明公开了一种正交频分多址接入中继系统的用户公平资源分配方法，特征是将中继选择、子载波分配和功率分配进行联合优化，为每个子载波选择最合适的中继，并将其分配给最优的中继-用户链路，同时基站和各中继在各个子载波上进行自适应功率分配，通过引入功率调整因子，经过若干次迭代，保证总功率收敛，以优化系统的吞吐量。在选择最优链路时以保证用户间公平性为目标，进行功率分配的时以用户的平均速率作为其中一个考察变量。本发明方法在优化系统吞吐量的同时，能够保证用户间具有近似严格的公平性。

主权项

1.一种正交频分多址接入中继系统的用户公平资源分配方法，基站根据输入的系统参数和信道参数，经以下处理步骤，由单片机输出得到的资源分配结果，其特征在于基站端依次执行以下步骤：第一步：设时隙编号为t，对于系统中每一个用户m＝1，...，M，以表示在时隙t计算得到的用户m的平均速率，初始化在时隙t＝0时用户m的平均速率为非负值，M为系统中的总用户数；第二步：设迭代轮次为i，对于每一个中继节点k＝1，...，K，以μ_k(i)表示中继节点k在迭代轮次i的功率调整因子，η(i)表示基站在迭代轮次i的功率调整因子，初始化中继节点k在迭代轮次i＝0的功率调整因子μ_k(0)以及基站在迭代轮次i＝0的功率调整因子η(0)为非负数，K为系统中的中继节点数；基站根据中继节点反馈的信道状态信息更新已存储的信息：对于所有的中继节点k＝1，...，K，和用户m＝1，...，M，更新基站到中继节点k在子载波n上由小尺度衰落产生的信道增益更新中继节点k到用户m在子载波n上由小尺度衰落产生的信道增益更新基站和中继节点k之间的路径损耗l_sk，更新中继节点k和用户m之间的路径损耗l_km；第三步：记系统中子载波总数为N，对于每一个子载波n＝1，...，N，根据当前各用户的平均速率基站功率调整因子η(i)，中继功率调整因子μ_k(i)，和基站到中继节点k在子载波n上由小尺度衰落产生的信道增益中继节点k到用户m在子载波n上由小尺度衰落产生的信道增益基站和中继节点k之间的路径损耗l_sk，中继节点k和用户m之间的路径损耗，分别计算当前在该载波上的功率分配结果以及该载波在链路上的分配结果；由下式得出功率分配结果：中继节点k到用户m在子载波n上的发射功率pkmn=[W/2NΦkmnR‾m(t)ln2-1gkmn]+---(1)]]>式(1)中W为系统总带宽，被分为N个子载波，运算符[x]⁺＝max{x，0}，即表示取数值x和0中的较大值，前一个中间变量和后一个中间变量分别为Φkmn=μk(i)+η(i)lkm|hkmn|2lsk|hskn|2---(2)]]>gkmn=lkm|hkmn|2ΓWN0/N---(3)]]>式(3)中N₀为系统中的单边带噪声功率谱密度，信噪比间隙Γ是目标误比特率BER的函数，Γ＝-ln(5BER)/1.5；根据中继节点k到用户m在子载波n上的发射功率公式(1)求得的中继节点k到用户m在子载波n上的发射功率的值，计算中继节点k到用户m在子载波n上的传输速率rkmn=W2Nlog2(1+pkmnlkm|hkmn|2ΓWN0/N)---(4)]]>根据中继节点k到用户m在子载波n上的传输速率公式(4)求得的传输速率进行子载波分配：对于某个子载波n，首先选取最大的(k，m)组合，即(k*,m*)=argmaxk,mrkmnR‾m(t)---(5)]]>然后将子载波n分配给选取的(k^*，m^*)，即分配给中继节点k^*到用户m^*的链路；定义表示载波分配的指示变量表示将载波n分配给中继节点k到用户m的链路，否则，指示变量对于中继节点k^*到用户m^*的链路，指示变量而对于中继节点k^*到用户m^*以外的其他链路，即对于中继节点k≠k^*到用户m≠m^*的链路，指示变量用公式表示为：ρk*m*n=1,ρkmn=0,∀k≠k*,m≠m*---(6)]]>则基站到中继节点k在子载波n上的发射功率由下式算出：pskn=lkm|hkmn|2lsk|hskn|2pkmn,]]>当ρkmn=1]]>时                (7)第四步：更新迭代轮次i＝i+1，并采用下面的式子更新中继和基站功率调整因子μk(i+1)=[μk(i)-α1(i)(Pkmax-Σm=1MΣn=1Npkmn)]+,k=1,...,K---(8)]]>η(i+1)=[η(i)-α2(i)(PBSmax-Σm=1MΣk=1KΣn=1Npskn)]+---(9)]]>其中表示中继节点k的最大功率约束，表示基站的最大功率约束，α₁(i)和α₂(i)为迭代步长；第五步：根据第四步中的中继功率调整因子更新公式(8)和基站功率调整因子更新公式(9)的计算结果，判断发射功率是否收敛，如果不收敛，则返回第三步，如果收敛，进入第六步；第六步：对于用户m＝1，...，M，根据前面第三步到第五步迭代计算得到的载波和功率分配结果，按瞬时速率计算公式Rm(t)=Σk=1KΣn=1Nρkmnrkmn,]]>m＝1，...，M                    (10)计算当前瞬时速率R_m(t)，并按平均速率计算公式R‾m(t+1)=(1-1T)R‾m(t)+1TRm(t)---(11)]]>更新平均速率式中T为滑动窗口长度；第七步：更新时隙t＝t+1，返回第二步计算下一时隙的资源分配方案。