CN101296156B

CN101296156B - 平衡数据流无线资源分配鉴权器

Info

Publication number: CN101296156B
Application number: CN2007100217051A
Authority: CN
Inventors: 王楠; 安冉
Original assignee: Individual
Current assignee: Wang Nan
Priority date: 2007-04-26
Filing date: 2007-04-26
Publication date: 2011-10-19
Anticipated expiration: 2027-04-26
Also published as: CN101296156A

Abstract

本发明系一种能够对无线通信系统中的用户以业务流进行合理鉴权，从而有效地进行无线资源分配的无线资源分配器。OFDMA是一种新型无线接入方式，已经被视为下一代无线通信系统中的关键技术之一。本发明针对OFDMA系统多载波的特点，从用户公平性与提高载波利用率两方面采用了加权业务速率准则(WR)：

与相对载波容量准则(RC)：

共同作为鉴权因子，在考虑用户传输需要与用户间信道状况差异的同时，将用户在不同子载波上的信道状况差异作为重要考虑因素，能够达到更好的通信性能。摘要附图为本发明的程序流程图。

Description

平衡数据流无线资源分配鉴权器

技术领域：

本发明系一种能够对采用OFDMA或其他多址技术的无线通信系统中的用户以及业务流进行合理鉴权，从而有效地进行无线资源分配的无线资源分配器。

背景技术：

无线通信系统中以满足多用户QoS指标为目的的无线资源分配算法本质上是在多约束下的动态最优规划问题。典型的无线资源分配算法有Max C/I(最大载干比)、Q-PFS(Qaul比例公平)、M-LWDF(最大加权时延优先)等，此类算法一般来源于单信道争用系统。一般来说，无线资源分配算法会选取一个最优化指标函数，以该函数作为无线资源分配的准则，逐个对所有可分配资源进行分配。

OFDMA(正交频分复用接入)是基于OFDM调制方式的一种无线接入方式，已经被视为下一代无线通信系统中的关键技术之一。OFDMA系统中频带被划分成许多个很窄的相互正交的子载波，由于不同用户的信号经历不同的衰落，在同一个OFDM子载波上不同用户的信道状况也可能有较大差异。根据用户在不同子载波上的信道状况系统，将OFDM子载波灵活的分配给用户，能够有效地挖掘多用户频率分集增益，提高系统频谱利用率。因此，研究如何对OFDMA系统提供的无线资源进行有效合理的管理对提高系统整体性能有着重要的意义。

在提供了多个子载波的OFDMA系统中，由于子载波的数目比较大(一般为1024或2048)，直接应用上述算法的分配复杂度往往比较大。对此常见的解决方法是选取所有无线资源的一部分进行资源分配，如应用M-LWDF调度算法在OFDMA系统的每一个子载波上独立进行调度。然而，由于各个子载波上的调度彼此独立，每一子载波调度时并不能预知其他子载波上的调度情况，无法做到全局优化，因此该算法并没有充分挖掘频域上的分集增益，对系统性能的提升比较有限。

发明内容：

本发明针对OFDMA系统多载波的特点，从用户公平性与提高载波利用率两方面提出了OFDMA无线资源管理的加权业务速率准则(WR)与相对载波容量准则(RC)，在考虑用户传输需要与用户间信道状况差异的同时，将用户在不同子载波上的信道状况差异作为重要考虑因素，以期有效挖掘系统多用户频率分集增益，能够更好的系统性能。仿真结果表明，在同样的系统模型下，本发明能达到比传统的无线资源管理算法更好的系统性能。

无线资源分配本质上是在用户公平性与系统传输效率之间追求平衡的过成，用户公平性主要通过各用户的传输需求体现，而系统传输效率则往往与各用户的数据传输能力成正比。在单信道系统中，M-LWDF算法中已被证明是吞吐量准则下最优的资源分配算法，而在OFDMA系统中，由于存在多个信道状态不同的子载波同时，使得少数的大时延数据包更有可能在该用户信道状态较好的子载波得到调度，从而降低了由于突发性信道状况变差引起的丢包率。为了照顾业务公平性，避免个别的首数据包被丢弃而在用户信道传输能力并不强的时候进行传输的资源分配策略，对丢包率的改善并不明显，却又会占用同时刻其他用户更好的传输信道，从而间接影响到系统吞吐量。另一方面，OFDMA系统中载波数量增多，子载波容量在不同用户之间有着显著的差异，简单地从用户传输能力出发，并不能达到最大化系统容量的目的。

本发明采用加权业务速率准则与OFDMA相对子载波容量准则一起作为最优化指标，同时考虑了业务鉴权的公平性和效率最大化。

加权业务速率准则的表述如下：

WR (u) = Σ_{d = 1}^{D_{\max}} e^{- d} L_{d, u}

其中d为业务数据包时延，L_d，u为用户u的等待队列中，时延为d的数据包的个数。L_0，u即为本帧到达的业务数据包数量。

从排队论的角度看，运转良好的系统应当是业务到达速率与业务离开速率即业务传输速率持平的系统。因此，用户的业务到达速率即反映了每个用户的数据传输需求。具体到每一帧，用户在本帧新到达的业务数量即反映了用户在本帧内的数据传输需求。若由于系统容量不足等原因导致业务数据包遗留到下一帧发送，则其权重应当小于下一帧的新到业务数据包数量，若再次遗留则权重应进一步减小，以此类推。

子载波相对容量准则的表述如下：

RC (u, s) = B (u, s) \frac{P_{u} (s)}{Σ_{k = 1}^{U} P_{k} (s)}

其中B(u，s)代表物理层自适应QAM调制时，用户u在单个符号第s个子载波上可以传送的bit数，P_u(s)代表对于用户u来说，子载波s在所有子载波中的归一化容量，定义如下：

P_{u} (s) = \frac{B (u, s)}{Σ_{k = 1}^{s} B (u, k)}

本发明中选定调度优先级指标函数为WR(u)RC(u，s)，程序流程可以描述如下：

I.选定一个未进行调度的子载波s′。

II.对所有用户计算WR(u)RC(u，s′)的值。

III.

u' = \arg \max_{u} [WR (u) RC (u, s')],

将一个符号上第s′个子载波给用户u′。

IV.对所有用户更新WR(u)RC(u，s′)的值。

V.重复III直至所有符号上的子载波s′均分配完毕。

VI.重复I直至所有的子载波上都已调度完毕。

附图说明：

附图1是本发明的通信系统简要框架图，它位于信号调制器的前方。

附图2是本发明的程序流程图。

附图3是本发明与现有无线资源分配器的效果对比图，其中WR-RC为本发明的缩写。

具体实施方式：

在附图1所示的OFDMA系统中，同时服务U个用户，系统频带被划分成S个正交子载波，每一帧由F个OFDM符号构成，各子载波的信道信息一帧内保持恒定，OFDM各子载波上功率平均分配。系统采用国家863重大科研项目Beyond3G通信系统的设定，系统带宽20MHz，划分成1024个OFDM子载波。系统帧长8.375ms，每帧包含10个OFDM符号，每符号长度0.8735ms。物理层采用3GPP TR25.996的SCM模型，多径数最大为6，每一径均为瑞利衰落信道，最大多径时延不超过15个采样间隔。

无线资源分配器每帧运行一次，将系统传输资源分配给用户，每一个符号中的每一个子载波仅分配给一个用户使用。本发明中，按照公式

WR (u) = Σ_{d = 1}^{D_{\max}} e^{- d} L_{d, u}

，对于不同时延的数据包的长度按时延大小的负指数加权，按照公式

RC (u, s) = B (u, s) \frac{P_{u} (s)}{Σ_{k = 1}^{U} P_{k} (s)},

对子载波的传输特性按其在不同用户中的归一化强度进行加权，消除了由于信道增益的绝对数值变化而带来的鉴权不公平，在同一业务数据流的出/入端，以及不同业务数据流之间有效的保持了平衡性。

附图3为本发明与其他无线资源分配器的结果对比。

Claims

1.一种OFDMA无线资源分配鉴权器，其特征是所述OFDMA无线资源分配鉴权器的选定调度优先级指标函数等于加权业务速率准则WR(u)与相对载波容量准则RC(u，s)的乘积，其中，u为用户，s为子载波；所述加权业务速率准则

其中d为业务数据包时延，D_max为业务数据包最大时延，L_d，u为用户u的等待队列中时延为d的数据包的个数；所述相对载波容量准则

其中B(u，s)代表物理层自适应QAM调制时，用户u在单个符号第s个子载波上可以传送的bit数，U为OFDMA系统的用户数量，P_u(s)代表对于用户u来说子载波s在所有子载波中的归一化信道容量；所述归一化信道容量

其中S表示子载波总数。