CN101110808A - Ofdma系统中结合自适应调制编码的功率分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种OFDMA系统中结合自适应调制编码的功率分配方法，首先根据注水原理对用户进行首次功率分配后，对超过支持最高调制编码方式所需功率的用户，将其功率降到支持最高调制编码方式所需的功率，多出来的功率分配给其它未达到最高调制编码方式的用户。通过这种功率分配方法，可避免功率浪费，提高系统吞吐量。

Description

OFDMA系统中结合自适应调制编码的功率分配方法

技术领域

本发明属于无线通信系统中的功率分配(power allocation)技术领域。特别涉及一种OFDMA系统中结合自适应调制编码的功率分配方法。

背景技术

OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)由于具有能有效克服多径衰落和能充分利用多用户分集等许多优点，已被定为下一代移动通信系统的下行无线接入技术标准。在OFDMA系统中，用户接收到从基站发出的信号通常因路损、阴影及小尺度衰落而产生波动。为了提高系统性能，通常采用链路自适应技术来补偿这些波动，其中最常用的两个链路自适应技术就是自适应调制编码和功率分配。传统的自适应调制编码(adaptivemodulation/coding(AMC))技术是保持发送功率不变，而通过改变调制和编码方式来补偿信道变化。功率分配的目的则是在总功率一定的情况下，根据不同用户的信道状况，通过在不同用户间分配不同的功率来达到系统吞吐量最大。

自适应调制编码技术已在高速下行分组接入(HSDPA)系统中证明了是一个简单高效的技术，并已明确将被下一代移动通信系统采用。但是，由于自适应调制编码有一个动态范围，当达到最高调制编码方式后，继续增加功率将不能带来增益。而对一些信道质量较好的用户来说，等功率分配通常会给其分配超过支持最高调制编码方式所需的功率，从而造成功率浪费。因此，在应用自适应调制编码技术的基础上，引入合适的功率分配技术将能避免功率浪费，提高系统性能。

在众多的功率分配方法中，等功率分配是最简单的一种方法。虽然其复杂度最低，实现起来最为容易，但很显然系统性能不会是最优的。另一种最为经典的功率分配方法是注水算法。其基本思想是好的信道分配多的功率，差的信道分配少的功率。在理论上，这种方法能达到最大吞吐量，但应用了自适应调制编码技术后，情况就不同了，上面说的那种功率浪费情况仍然存在。

在功率分配方法中，还有一种结合自适应调制编码技术的叠代功率分配方法及其改进方法。该叠代功率分配方法首先用等功率求各用户的信噪比，如果低于最低调制编码方式所对应的信噪比，则不分配功率。剩下的用户首先分配最低调制编码方式所必需的功率，然后计算这些用户(首轮未分配功率的用户不参加后面的功率分配)提升一级调制编码方式所需的功率，功率最小的用户给予所需的提升功率，重复该步骤，直至功率分完。对于信道较差的用户，没有得到功率的机会，使得该方法带来低覆盖和公平性极差的问题。对其的改进方法为：首先设所有用户上分配的功率为0，然后计算各个用户提升到最低调制编码方式所需的功率，所需功率最小的用户给予所需的功率。然后再计算该用户提升一级调制编码方式所需的功率，在所有用户中找所需功率最小的用户，给予其需要的功率。该方法与主要的不同就是所有用户都有参与功率竞争的机会，这样提高了公平性。但无论是叠代功率分配方法还是其改进方法，由于用户必须从最低调制编码方式一级一级地提升，从而带来两个缺点：叠代次数过多及系统性能受损(高阶调制编码方式带来的吞吐量增益更大)。

发明内容

本发明提供一种OFDMA系统中结合自适应调制编码的功率分配方法，以减少功率浪费，提高系统吞吐量。

为达上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种OFDMA系统中结合自适应调制编码的功率分配方法，其特征在于包括以下步骤：

1)对用户运用注水算法进行初次功率分配；

2)对超过支持最高调制编码方式所需功率的用户，将其功率降到支持最高调制编码方式所需的功率，多出来的功率分配给其它未达到最高调制编码方式的用户。

进一步地，所述步骤2)具体包括以下步骤：

(1)计算每个子信道上用户的信噪比，按从大到小的顺序进行排序，检查各用户的信噪比，对超过自适应调制编码对应的信噪比上限的用户，将其功率降到支持最高调制编码方式所需的功率；

(2)在未达到最高调制编码方式的用户中找出信噪比最好的用户，计算其提升一级调制编码方式所需的功率，如所需功率小于剩余功率，则分配所需功率；

(3)如果所需功率大于剩余功率，则跳过该用户，计算下一个信噪比最好的用户提升一级调制编码方式所需的功率；

(4)重复步骤(2)和(3)，直到剩余功率分完或所有用户都达到最高编码调制方式。

本发明提供的功率分配方法，不但可有效避免功率浪费，而且能在较少叠代次数的情况下，取得较高的系统吞吐量。

附图说明

图1为本发明方法与现有技术系统平均吞吐量比较图。

具体实施方式

一种OFDMA系统中结合自适应调制编码的功率分配方法，包括以下步骤：

步骤1：运用注水算法进行初次功率分配，即：

$p_k=p_1+\frac{{\stackrel{\‾}{H}}_k-{\stackrel{\‾}{H}}_1}{{\stackrel{\‾}{H}}_k{\stackrel{\‾}{H}}_1},$ $\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{p}_{k.\mathrm{tot}}=p_{\mathrm{total}},$ ${\stackrel{\‾}{H}}_{k,\mathrm{new}}=\frac{p_{k,\mathrm{total}}}{{\stackrel{\‾}{p}}_{\mathrm{equal}}}{\stackrel{\‾}{H}}_k,$

其中，p_k，tot为分配给第k个子信道的功率；

为分配平均功率

时第k个子信道上的信噪比；

为采用新功率后的第k个子信道上的信噪比。

步骤2：计算每个子信道上用户的信噪比，并按从大到小的顺序进行排序，检查各用户的信噪比，对超过自适应调制编码对应的信噪比上限的用户，将其功率降到支持最高调制编码方式所需的功率。即：

$k^{*}=\arg \underset{\∀k\∈N}{\max }{\stackrel{\‾}{H}}_{k,\mathrm{new}},$ 如果 ${\stackrel{\‾}{H}}_{k^{*},\mathrm{new}}\≥{\mathrm{\φ}}_{\max },$ $p_{k^{*},\mathrm{tol}}=p\left({\mathrm{\φ}}_{\max }\right),$ $P_{\mathrm{left}}=P_{\mathrm{total}}-\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{p}_{k,\mathrm{tol}};$

其中，N为子信道数目；P(φ)为达到信噪比φ时所需的功率；[φ_min，φ_max]为自适应调制编码对应的信噪比动态范围。

步骤3：在未达到最高调制编码方式的用户中找出信噪比最好的用户，计算其提升一级调制编码方式所需的功率，如所需功率小于剩余功率，则分配所需功率；即：

如果 ${\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{k^{*},\mathrm{new}}<{\mathrm{\&phi;}}_{\max }$ 且 $\mathrm{\&Delta;}{P}_{k^{*}}\left(\mathrm{\&phi;}\right)\&le;P_{\mathrm{left}},$ $p_{k^{*},\mathrm{tol}}=p_{k^{*},\mathrm{tol}}+\mathrm{\&Delta;}{p}_{k^{*}}\left(\mathrm{\&phi;}\right),$ $P_{\mathrm{left}}=P_{\mathrm{total}}-\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{p}_{k,\mathrm{tol}};$

其中，ΔP_k(φ)为第k个子信道上的用户提升一级自适应调制编码方式所需的功率。

步骤4：如果所需功率大于剩余功率，则跳过该用户，计算下一个信噪比次好的用户提升一级调制编码方式所需的功率；即：

如果 ${\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{k^{*},\mathrm{new}}<{\mathrm{\&phi;}}_{\max }$ 且 $\mathrm{\&Delta;}{P}_{k^{*}}\left(\mathrm{\&phi;}\right)>P_{\mathrm{left}},$ 令 ${\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{k^{*},\mathrm{new}}=0,$ 返回步骤3；

步骤5：重复步骤3、4直到剩余功率分完或所有用户都达到最高编码调制方式；即重复步骤3、4直到P_left为0或 ${\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{k,\mathrm{new}}={\mathrm{\&phi;}}_{\max }.$

下面假设在一个典型的19小区/3扇区里，小区半径1500米，中心小区均匀分布30个用户，场景为郊区宏，基站总的发射功率为43dBm，带宽为5MHz，子信道数为12个，每个TTI为0.5ms，调制编码方式为3GPP TR25.892定义的10种，相应的BLER-SNR曲线直接使用其中的相应曲线，当BLER达到10％时改变调制编码方式。调度算法采用标准的RR(Round-Robin)算法。每次仿真时长为50个时隙，共仿真50次，取其平均，得到系统平均吞吐量。比较对象为等功率分配、注水算法及改进的叠代分配法。具体仿真参数详见表1，仿真结果如图1所示。

表I仿真参数

参数	参数值
		小区布局	正六边形，19个小区，3扇区
天线类型	120度定向天线
		场景	郊区宏
基站总的发射功率r	43dBm
		基站间距离	3km
用户离基站最小距离	35m
		带宽	5MHz
载波频率	2GHz
		信道模型	PB(SCME)
用户速度	3km/h
		用户个数	30
路损	PL＝31.5+35log10(d)
		阴影方差	8dB
阴影相关性小区间/扇区间	0.5/1.0
		FFT尺寸	512
数据可用载波数	300
		每个子信道含载波数	25
调度时长	0.5ms
		目标误块率	10％
调制编码方式	QPSK(R＝1/3，1/2，2/3，3/4，4/5)，16QAM(R＝1/3，1/2，2/3，3/4，4/5)
		HARQ	no
热噪声密度	-174dBm/Hz
		天线个数	1∶1
调度算法	RR
		业务模型	满载

从图1中可看出本方法与等功率、注水算法及改进的叠代分配法相比，本方法能取得最高的系统吞吐量。虽然本方法比等功率和注水算法复杂度要高，但在系统吞吐量方面有明显的提高。与改进的叠代分配法相比，虽然吞吐量提高不显著，但能在更少的叠代次数下达到更高的系统吞吐量，本方法的优越性还是较为明显。

Claims (2)

1.一种OFDMA系统中结合自适应调制编码的功率分配方法，其特征在于包括以下步骤：

1)对用户运用注水算法进行初次功率分配；

2)对超过支持最高调制编码方式所需功率的用户，将其功率降到支持最高调制编码方式所需的功率，多出来的功率分配给其它未达到最高调制编码方式的用户。

2.根据权利要求1所述的OFDMA系统中结合自适应调制编码的功率分配方法，其特征在于所述步骤2)具体包括以下步骤：

(1)计算每个子信道上用户的信噪比，并按从大到小的顺序进行排序，检查各用户的信噪比，对超过自适应调制编码对应的信噪比上限的用户，将其功率降到支持最高调制编码方式所需的功率；

(2)在未达到最高调制编码方式的用户中找出信噪比最好的用户，计算其提升一级调制编码方式所需的功率，如所需功率小于剩余功率，则分配所需功率；

(3)如果所需功率大于剩余功率，则跳过该用户，计算下一个信噪比最好的用户提升一级调制编码方式所需的功率；

(4)重复步骤(2)和(3)，直到剩余功率分完或所有用户都达到最高编码调制方式。

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