CN101232486A - 多用户ofdm系统中的随机子载波分配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的是多载波调制无线宽带移动通信系统的自适应信道分配方法。目前的分配方法需要对每个用户的所有子载波信道进行估计，计算复杂。本发明方法的流程包括：将多个用户数据进行串并转换；对多用户数据进行交织；将交织后的多用户数据进行OFDM调制进行发送；根据用户反馈的Qos报告，随机的实时的调整用户的子载波分配。本发明方法并不需要每个用户地点每个子载波信道的状态，无须复杂的信道估计，降低了计算复杂度，并减小了分配延时。同时不需要占有过多的数据带宽，提高了频谱利用率。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信系统，尤其是一种无线信号传输方法，具体涉及的是多载波调制无线宽带移动通信系统的自适应信道分配方法。
背景技术
OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex正交频分复用)技术作为提高系统容量和高效频谱效率的一种多载波调制技术已作为未来移动通信系统的主要候选技术之一，并已成功应用在WiFi和WiMax等宽带移动通信系统中。它将数据传输信道分成许多相互正交的子信道，每个子信道对应一个子载波，将高速数据信号转变成并行的低速数据流，从而将频率选择性衰落信道转变为平坦衰落，有效的抵抗了多径干扰和频选衰落的影响。同时由于其可以重叠但相互正交的子载波频分复用方式大大提高了频谱利用率。因此，OFDM技术备受未来宽带移动通信系统的青睐。在多用户OFDM系统中，每个用户在各自的子载波信道中传输数据，在同一个时刻多个用户的数据是同时发送的。由于在同一时刻，不同的用户相对于基站处在不同的位置，他们对于相同的子载波信道具有不同的衰落特性。例如，在某个时刻t，两用户α和β分别位于A，B两地，假如用户α此时对于f1频段的子载波信道具有较好的信道响应，而此时用户β对于信道有可能处于深度衰落状态，因此，在当前时刻应避免将f1频段的子载波分配给用户β。自适应OFDM子载波分配就是利用不同用户在相同子载波上衰落情况各异的特性，动态地根据信道状况在用户间分配子载波资源，为了使传输速率最大化，应该将每个子载波只分配给在其上信道状况最好的用户，从而获取“多用户分集”的效果。目前的自适应OFDM子载波分配方法都是需要对每个用户地点的所有子载波信道进行估计，根据每个用户地点各子载波信道的状态进行子载波的分配。高度复杂的计算以及在子载波重新分配之后需通知用户时所占用的额外数据带宽等因素限制了其在实际系统中的应用。
发明内容
本发明的目的是实现一种计算复杂度低，频谱利用率高的子载波分配方法，克服目前子载波分配方法中存在的计算复杂度高，频谱利用率低的缺陷，提出根据信道的相干带宽采用随机的方式进行分配的方法。适用于宽带无线通信系统多码率、多业务的传输需求。
本发明方法的具体步骤是：
1.将交织器的特征参数进行初始化，s0＝0，s0为交织器的特征参数；
2.将串行的数据流进行串并转换，分配给多个用户；
3.根据用户反馈的Qos(Quality of Service，服务质量)报告判断是否有通信质量不满意的用户，以此决定是否需要重新分配子载波，具体是：如果所有的用户通信质量都很满意，则维持前一时刻的交织器的特征参数，即sn＝sn-1，其中sn为本时刻的交织器的特征参数，sn-1为上一时刻的交织器的特征参数；如果存在通信质量不满意的用户，则按照
sn＝(sn-1+rand(3，7))mod L
计算本时刻的交织器的特征参数，其中L为子载波数量，L＝2n；
4.根据本时刻的交织器的特征参数将并联的多个用户的数据进行交织；
5.对交织后的数据进行IFFT(快速傅立叶逆变换)计算；
6.对计算后的并联的多个用户的数据进行并串转换，转换为串行的数据流；
7.在串行的数据流前加入循环前缀CP；
8.进行D/A转换，送入RF(射频)前端由载波发送；
9.重复步骤3～8。
本发明克服了目前的OFDM子载波分配方法存在的计算复杂和降低频谱利用率的不足，运用将突发错误转变为随机错误的交织思想以及扩频通信中的跳频原理，根据用户的Qos报告和信道的相干带宽大小，提出将用户所占有的处于深度衰落的子载波随机的与间隔大于信道相干带宽的用户子载波进行交换，实现动态的子载波分配。本发明方法计算复杂度非常的低，且随着子载波数的增加，其计算复杂度只呈线性增加；同时在子载波重新分配之后，发射端只需额外传输一个交织的特征参数即可，大大减小了信令的开销，提高了频谱利用率。
本发明方法并不需要每个用户地点每个子载波信道的状态，因此无须复杂的信道估计，降低了计算复杂度，并减小了分配延时。同时对各用户子载波进行重新分配后，只需给用户传输一个交织的特征参数，用户便能知道自身数据被调制的子载波。因此，没有占有过多的数据带宽，提高了频谱利用率。
附图说明
图1是本发明的系统流程框图；
图2是本发明中随机子载波分配的多用户OFDM系统框图；
图3是本发明一实施例的具体分配方法实施流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对技术方案的实施作进一步的详细描述。
如图1，本发明的系统流程为：
1、将多个用户数据进行串并转换；
2、对多用户数据进行交织；
3、将交织后的多用户数据进行OFDM调制进行发送；
4、根据用户反馈的Qos报告，随机的实时的调整用户的子载波分配；
5、返回步骤2。
本发明所述系统框图如图2所示：主要由串并转换模块，交织模块，交织器的特征参数计算模块，IFFT(快速傅立叶逆变换，Inverse FastFourier Transformer)模块，并串转换模块，循环前缀模块，和D/A模块(数模转换模块)组成。多用户数据首先经过串并转换后根据由高层给予的交织特征参数确定多用户数据的交织方式(即用户子载波的分配)，然后进行OFDM调制进行发送。其具体的实施步骤如图3。
如图3，设系统中有255个用户同时进行通信，物理层采用256个子载波进行OFDM调制，第2至第256个子载波承载用户数据，每个用户一个子载波，第1个子载波传输交织器的特征参数。循环前缀为64个符号长度。发送信号的带宽为1MHz，相应的子载波的间隔为4kHz，假设信道的相关带宽为10kHz，则在进行子载波重新分配的时候要保证间隔不小于3个子载波的间距。交织器采用s交织器，初始值s0＝0，交织器特征参数的计算为sn＝(sn-1+rand(3，7))mod 256，其中sn和sn-1分别为当前时刻和前一时刻交织器的特征参数，mod表示求余数运算，rand(3，7)表示为3至7中的一个随机整数。高层接收用户反馈的Qos报告，如果Qos报告反映存在用户的通信质量不满意的情况，则交织器特征参数计算模块按照上式计算交织特征参数，对多用户重新进行子载波分配；如果Qos报告反映用户的通信质量都很满意，则维持上一时刻的子载波分配方式。整个子载波分配的通信方式如图3所示，具体实现步骤如下：
1、初始化s0＝0；
2、将255个用户的数据进行串并转换；
3、高层根据用户反馈的Qos报告判断是否有用户的通信质量不够满意，以此决定是否需要重新分配子载波：如果所有的用户通信质量都很满意，则维持前一时刻的分配方式，即sn＝sn-1；如果存在用户通信质量较差，没有达到系统的要求，则按照sn＝(sn-1+rand(3，7))mod 256计算交织特征参数；
4、根据交织器特征参数对255个用户数据进行交织(即子载波的分配)；
5、对交织后的用户数据进行256点IFFT运算；
6、并串转换；
7、加入64个符号循环前缀；
8、D/A转换，送入RF前端进行发送；
9、高层接收用户反馈的Qos报告，返回步骤3。
此实例只是为了说明此发明中多用户的OFDM系统子载波随机分配过程，并非约束此发明数据参数。
Claims (1)
1.多用户OFDM系统中的随机子载波分配方法，其特征在于该方法的具体步骤是：
(1)将交织器的特征参数进行初始化，s0＝0，s0为交织器的特征参数；
(2)将串行的数据流进行串并转换，分配给多个用户；
(3)根据用户反馈的Qos报告判断是否有通信质量不满意的用户，以此决定是否需要重新分配子载波，具体是：如果所有的用户通信质量都很满意，则维持前一时刻的交织器的特征参数，即sn＝sn-1，其中sn为本时刻的交织器的特征参数，sn-1为上一时刻的交织器的特征参数；如果存在通信质量不满意的用户，则按照
sn＝(sn-1+rand(3，7))mod L
计算本时刻的交织器的特征参数，其中L为子载波数量，L＝2n；
(4)根据本时刻的交织器的特征参数将并联的多个用户的数据进行交织；
(5)对交织后的数据进行快速傅立叶逆变换计算；
(6)对计算后的并联的多个用户的数据进行并串转换，转换为串行的数据流；
(7)在串行的数据流前加入循环前缀CP；
(8)进行D/A转换，送入射频前端由载波发送；
(9)重复步骤(3)～(8)。
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