CN101364856B - 一种资源分配方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种资源分配方法，包括：根据用户当前实时业务的丢包率与丢包率阈值的接近程度、用户当前实时业务的最大等待包时延和最大容忍包时延的接近程度，以及用户在当前系统可分配子载波上的最大信道容量，确定每一个用户的调度优先级；为调度优先级最高的用户分配子载波，在该子载波上所述调度优先级最高的用户具有最大信道容量；确定其它用户在该子载波上的调度优先级，按调度优先级由高到低的顺序选出其它服务用户；计算每个用户选择的空间子信道的信道增益；为每个空间子信道分配功率。本发明还公开了一种资源分配装置。利用本发明的方法和装置，能够在实际的实时业务环境下有效保证实时业务用户的QoS要求，提高系统的吞吐量。

Description

一种资源分配方法和装置

技术领域

本发明涉及无线通信技术，特别涉及一种资源分配方法和装置。

背景技术

现有技术中第一种多输入多输出正交频分复用(MIMO-OFDM，multipleinput multiple output-orthogonal frequency division multiplexing)系统中的资源分配方法，从信息论的角度讨论了MIMO-OFDM系统中的资源分配和波束赋型，该方法的目标是将空间上相互独立的用户分配到相同的子载波上，以最大化接收端的信号干扰噪声比(SINR)，进而最大化系统的容量，但这种资源分配方法不能保证用户的QoS要求。因为这种方法在资源分配时，并不考虑用户的QoS要求是否得到了满足，而是将资源分配给可以使系统容量增量最大的用户，因此信道条件好的用户将被分配到更多的资源，信道条件较差的用户可能分配不到资源。也就是说，利用这种方法信道条件好的用户被分配到的资源可能超过了满足其QoS要求所需要的资源，信道条件差的用户的QoS要求可能无法得到保证。通常，QoS要求主要包括：对于误比特率、数据速率、丢包率以及包时延的要求。

现有技术的第二种MIMO-OFDM系统中的资源分配方法是一种考虑了部分QoS要求的资源分配方法，该方法的优化目标是在满足用户的部分QoS要求的前提下最小化系统的发射功率。其中，部分QoS要求包括需要满足的误比特率和数据速率要求。但是应用这种资源分配方法需要满足两个前提条件：一是每个调度周期中用户都有恒定的数据要发送，二是在每个资源调度周期内系统的子载波、天线和功率资源都能满足所有用户的数据速率要求。但在实际的业务环境中等待发送的业务数据是突发的，并且在某个调度周期内，可能有的用户的数据缓冲区是空的，而有的用户的数据缓冲区中有大量数据要发送，并且由于系统的子载波、天线和功率资源都是有限的，在每个调度周期中不能保证每一个有业务需求的用户的数据速率需求，特别是当系统中的用户较多的时候。同时，这种方法没有考虑到实时业务对最大容忍包时延的限制以及对丢包率的要求，因此，这种资源分配方法不适用于实际的实时业务环境。

现有技术的第三种MIMO-OFDM系统中的资源分配方法，通过联合执行链路层的用户调度和物理层的比特和功率分配，改善了系统的吞吐量和包时延，但是该方法没有考虑到实时业务对最大容忍包时延的限制以及对于丢包率的要求，因此该方法不适用于实时业务的调度。

由以上描述可见，现有技术的MIMO-OFDM系统中的资源分配方法不适用于实际的实时业务环境，无法在实际的实时业务环境下满足用户对实时业务的全部QoS要求。

另外，在多小区MIMO-OFDM系统中，用户实际获得的数据速率由信道增益、信号发射功率、邻小区干扰以及噪声共同决定。如果系统中存在邻小区干扰，并且调度器不能准确估计邻小区干扰，则基站端的调度器将系统中空闲的子载波分配给用户时，用户实际可以获得的数据速率可能小于调度器为用户分配的数据速率，这将导致数据传输失败。

发明内容

本发明实施例一方面提供了一种资源分配方法，另一方面提供了一种资源分配的装置，能够在实际的实时业务环境下有效保证实时业务用户的QoS要求，提高系统的吞吐量。

本发明实施例提供的资源分配方法，包括：

A、根据用户当前实时业务的丢包率与丢包率阈值的接近程度、用户当前实时业务的最大等待包时延和最大容忍包时延的接近程度，以及用户在当前系统可分配子载波上的最大信道容量，确定每一个用户的调度优先级；

B、为调度优先级最高的用户分配子载波，在该子载波上所述调度优先级最高的用户具有最大信道容量；

C、根据用户当前实时业务的丢包率与丢包率阈值的接近程度，用户当前实时业务的最大等待包时延与最大容忍包时延的接近程度，以及在步骤B所分配的子载波的信道容量，计算系统中其它用户在步骤B所分配子载波上的调度优先级；按照调度优先级由大到小的顺序，根据基站所配置的天线数选择出该子载波上的其他服务用户；

D、计算为所述子载波上每个服务用户选择的空间子信道的信道增益；

E、根据每个空间子信道的信道增益，为空间子信道分配功率，更新数据缓冲区中的未分配资源的数据大小以及系统可分配子载波集合；

F、确定数据缓冲区中还存在未分配资源的数据，并且系统中还存在可分配子载波时，返回步骤A。

本发明实施例提供的资源分配装置，包括：

调度优先级确定单元，用于在确定有数据要发送并且系统中存在可分配子载波时，根据用户当前实时业务的丢包率与丢包率阈值的接近程度、用户当前实时业务的最大等待包时延与最大容忍包时延的接近程度、以及用户在系统可分配子载波上的最大信道容量，确定每一个用户的调度优先级；以及根据用户当前实时业务的丢包率与丢包率阈值的接近程度，用户当前实时业务的最大等待包时延与最大容忍包时延的接近程度，以及在子载波单元所分配的子载波的信道容量，计算系统中除调度优先级最大的用户之外的其它用户在子载波单元所分配子载波上的调度优先级；

子载波分配单元，用于选择调度优先级最大的用户，将该用户可以获得最大信道容量的系统可分配子载波分配给该用户；

用户选择单元，用于在分配给调度优先级最大的用户的子载波上，按照调度优先级由大到小的顺序，根据基站所配置的天线数选出该子载波上的其它服务用户；

空间信道选择及增益确定单元，用于为选定子载波上的每一个用户选择空间子信道，计算出每个用户的空间子信道的信道增益；

功率分配单元，用于根据所述空间子信道的信道增益，为每个空间子信道分配功率。

本发明实施例提供的资源分配方法和装置，根据用户当前实时业务的丢包率与丢包率阈值的接近程度、用户当前实时业务的最大等待包时延和最大容忍包时延的接近程度，以及用户在当前系统可分配子载波上的最大信道容量，确定每一个用户的调度优先级。其中，用户当前实时业务的丢包率与丢包率阈值的接近程度，和当前实时业务的最大等待包时延与最大容忍包时延的接近程度，两个因素决定了用户的QoS要求紧迫程度；在当前系统可分配子载波上的信道容量决定了用户的信道传输能力。

由于上述调度优先级确定策略综合考虑了用户的QoS要求紧迫程度，和信道传输能力，因此本发明实施例提供的资源分配方法，一方面可以在用户传输能力一定的情况下，按照QoS要求紧迫程度由高到低的顺序为用户分配资源，尽可能保证QoS要求紧迫的用户的资源需求，在一定程度上避免QoS要求不紧迫的用户占用过多的系统资源。因此，本发明实施例提供的资源分配方法能够在实际的实时业务环境下有效保证实时业务用户的QoS要求。另一方面，本发明实施例提供的资源分配方法可以在用户QoS要求紧迫程度一定的情况下，按照信道传输能力由高到低，即按照在当前系统可分配子载波上的最大信道容量由大到小的顺序为用户分配资源，因此可以在一定程度上提高系统的吞吐量。

同时，由于为不同的子载波分配服务用户时，考虑了用户在该子载波上的信道容量，因此可以充分利用多用户的频率分集增益；通过在同一个子载波上选择不同用户的空间子信道组成该子载波上被服务的空间子信道集合，可以充分利用多用户的空间分集增益。通过充分利用频域分集增益和空间分集增益可以有效的提高系统的吞吐量。

总之，本发明实施例提供的资源分配方法可以在实际的实时业务环境下有效保证实时业务用户的QoS要求，提高系统的吞吐量。

附图说明

图1为本发明资源分配方法实施例的流程图；

图2为图1所示方法的一个较佳实施例的流程图；

图3为本发明改进的注水功率分配方法的较佳实施例的流程图。

具体实施方式

本发明实施例中，当数据缓冲区中存在未分配资源的数据，并且系统中有可分配子载波时，具体的资源分配过程包括：

首先，根据用户当前实时业务的丢包率与丢包率阈值的接近程度、当前实时业务的最大等待包时延和最大容忍包时延的接近程度，以及用户在当前系统可分配子载波上的最大信道容量，确定每一个用户的调度优先级。之后，在为用户分配子载波时，将调度优先级最高的用户具有最大信道容量的系统可分配子载波分配给该用户；并且按照其它用户在该子载波上的调度优先级由高到低的顺序，选择出该子载波上的其它服务用户；计算在该子载波上每个服务用户选择的空间子信道的信道增益；根据每个空间子信道的信道增益，为空间子信道分配功率。最后，更新数据缓冲区中未分配资源的数据的大小以及系统可分配子载波集合；如果确定数据缓冲区中还存在未分配资源的数据，并且系统中还存在可分配子载波时，按照上述方法继续进行资源分配。

图1为本发明资源分配方法实施例的流程图，该流程包括：

步骤101，根据用户当前实时业务的丢包率与丢包率阈值的接近程度、当前实时业务的最大等待包时延和最大容忍包时延的接近程度，以及用户在当前系统可分配子载波上的最大信道容量，确定每一个用户的调度优先级。

其中，一个用户当前实时业务的丢包率与该用户当前实时业务的丢包率阈值的接近程度，和该用户当前实时业务的最大等待包时延与最大容忍包时延的接近程度，两个因素决定了用户的QoS要求紧迫程度；在当前系统可分配子载波上的信道容量决定了用户的信道传输能力。

用户当前实时业务的丢包率与用户当前实时业务的丢包率阈值的接近程度可以通过用户当前实时业务的丢包率与用户当前实时业务的丢包率阈值的比值表征，用户当前实时业务的最大等待包时延和用户当前实时业务的最大容忍包时延的接近程度可以用所述最大等待包时延和最大容忍包时延的比值表征。

丢包率阈值是实时业务的QoS要求允许的丢包率的最大值，丢包率超过该阈值的用户为不满意用户。在资源调度中应尽量保证用户的丢包率小于丢包率阈值。不同的实时业务的丢包率的阈值是不同的。

对于先进先出的数据缓冲区，最大等待包时延是指排在数据包队列最前面的数据包对应的等待时间。最大容忍包时延是实时业务的QoS要求允许的等待包时延的最大值，当数据包的最大等待包时延超过最大容忍包时延时，该数据包被丢弃。不同实时业务的最大容忍包时延是不同的。

根据用户当前实时业务的丢包率与丢包率阈值的接近程度，和最大等待包时延与最大容忍包时延的接近程度，确定用户的调度优先级，一方面可以使得对QoS要求更紧迫的用户对应更高的调度优先级，从而使QoS要求紧迫的用户有更大的机会被分配到子载波，进而降低这些用户的包时延和丢包率，有效的保证用户的QoS要求；另一方面，对于QoS要求难以保证的用户，如丢包率远大于实时业务的丢包率阈值的用户，通过适当的降低用户的调度优先级，可以避免该用户占用过多的系统资源，使得系统资源可以为更多的信道条件较好的用户服务，提高系统资源的利用效率。

步骤102，为调度优先级最大的用户分配子载波，在该子载波上调度优先级最大的用户具有最大信道容量。

本步骤中，为调度优先级最高用户分配该用户可以获得最大信道容量的子载波，从而可以使该用户尽可能多的发送数据包，体现了对该用户的QoS保证的有效性。

通常，当前系统的可分配子载波有多个，每个用户在不同子载波上的信道容量并不相同，步骤101中根据每个用户在当前系统可分配的多个子载波上的最大信道容量确定该用户的调度优先级。

一个具体实例：当前系统有3个可分配子载波，分别为子载波1、2和3，假定用户1在这三个子载波上的信道容量各不相同，并且在子载波3上的信道容量最大，则根据用户1在子载波3上的信道容量确定用户1的调度优先级。假定采用步骤101所述的方法确定用户1为调度优先级最高的用户，则将用户1具有最大信道容量的子载波3分配给用户1。

步骤103，计算系统中其它用户在分配给调度优先级最大的用户的子载波上的调度优先级，按照调度优先级由大到小的顺序，根据基站所配置的天线数选出该子载波上的其它服务用户。

本步骤中，在选定的子载波上按照调度优先级由大到小的顺序选择其它用户，而调度优先级综合考虑了丢包率，包时延以及用户在当前所选子载波上的信道容量，因此体现了对其它用户的QoS保证。

每一个子载波上可服务的最大用户数目等于基站配置的天线数，因此选择的其它服务用户的数目等于基站配置的天线数减1。

步骤104，为该子载波上服务的每一个用户选择空间子信道，计算出每个用户在空间子信道上的信道增益。

在该子载波上，根据所采用的MIMO传输策略，基站端天线与该子载波上服务的用户所配置的天线构成空间子信道。采用不同的MIMO传输策略时，空间子信道的具体构成方式是不同的。比如，可以将基站端配置的一根天线和该子载波上服务的一个用户所配置的全部天线构成一个空间子信道；还可以将基站端配置的全部天线和该子载波上服务的一个用户的一根天线构成一个空间子信道。

计算空间子信道上的信道增益的方法为本领域公知技术，这里不再赘述。

本步骤在空间子信道的选择过程中，为每个用户选择一个空间子信道，保证了用户间的公平性，使得进入调度集合的用户都能被分配到一定的资源，避免了信道条件差但QoS要求紧迫的用户不能被分配到资源的情况发生。

步骤105，根据空间子信道的信道增益，为空间子信道分配功率；更新数据缓冲区中的未分配资源的数据以及系统可分配子载波集合。

这里，为每个空间子信道分配功率的方法可以为：现有的注水功率分配方法，也可以采用本发明实施例提供的功率分配方法。

如果采用现有的注水功率分配方法为每个空间子信道分配功率，则为空间子信道分配功率时，需要考虑的主要参数为空间子信道的信道增益；如果采用本发明实施例提供的功率分配方法为空间子信道分配功率时，不仅要考虑该空间子信道的信道增益，还需要考虑该空间子信道上的用户当前实时业务的最大等待包时延和丢包率。

步骤106，检验所有用户的数据缓冲区中是否还有未分配资源的数据，如果有，则执行步骤107；否则结束本流程。

步骤107，判断系统可分配子载波集合是否为空，如果是，则结束本流程，如果否，则返回步骤101。

图2为图1所示方法的一个较佳实施例的流程图，该流程包括：

步骤201，利用公式(1)计算系统中每一个用户的调度优先级。

${\mathrm{\μ}}_k=\frac{w_k}{w_{k,\max }}{r}_{k,\max }f\left({\mathrm{plr}}_k\right)---\left(1\right)$

其中，w_k为用户k当前实时业务的最大等待包时延；w_k，max为用户k当前实时业务的最大容忍包时延；r_k，max为用户k当前在系统可分配子载波上的最大信道容量；f(plr_k)为用户k的丢包率plr_k的函数，其定义可以如公式(2)或公式(3)或公式(4)所示：

$f\left({\mathrm{plr}}_k\right)=\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\α}}^{\frac{{\mathrm{plr}}_k}{{\mathrm{plr}}_{\mathrm{threshold}}}},{\mathrm{plr}}_k\≤{\mathrm{plr}}_{\mathrm{threshold}}\\ {\mathrm{\α}}^{\frac{2\×{\mathrm{plr}}_{\mathrm{threshold}}-{\mathrm{plr}}_k}{{\mathrm{plr}}_{\mathrm{thrreshold}}}},{\mathrm{plr}}_k>{\mathrm{plr}}_{\mathrm{threshold}}\end{array}\right.---\left(2\right)$

$f\left({\mathrm{plr}}_k\right)=\left\{\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{plr}}_k}{{\mathrm{plr}}_{\mathrm{threshold}}}+{\mathrm{\δ}}_1,{\mathrm{plr}}_k\≤{\mathrm{plr}}_{\mathrm{threshold}}\\ \frac{{\mathrm{plr}}_{\mathrm{threshold}}-{\mathrm{plr}}_k}{{\mathrm{plr}}_{\mathrm{threshold}}}+{\mathrm{\δ}}_1,{\mathrm{plr}}_k>{\mathrm{plr}}_{\mathrm{threshold}}\end{array}\right.---\left(3\right)$

$f\left({\mathrm{plr}}_k\right)=\left\{\begin{array}{c}{\log }_{\mathrm{\α}}(\frac{{\mathrm{plr}}_k}{{\mathrm{plr}}_{\mathrm{threshold}}}+{\mathrm{\δ}}_2),{\mathrm{plr}}_k\≤{\mathrm{plr}}_{\mathrm{threshold}}\\ {\log }_{\mathrm{\α}}(\frac{2\×{\mathrm{plr}}_{\mathrm{threshold}}-{\mathrm{plr}}_k}{{\mathrm{plr}}_{\mathrm{threshold}}}+{\mathrm{\δ}}_2),{\mathrm{plr}}_k>{\mathrm{plr}}_{\mathrm{threshold}}\end{array}\right.---\left(4\right)$

如果系统中用户实现的是单一实时业务，如系统中所有用户只实现语音业务，则公式(1)可以用μ_k＝w_kr_k，maxf(plr_k)代替，因为在这种情况下所有用户对应的w_k，max值相同。并且丢包率plr_k的函数f(plr_k)中，将plr_k除以plr_threshold进行归一化的处理可以省略，因为在这种情况下所有用户的plr_threshold值相同。

公式(2)和(4)中，Plr_threshold是实时业务的丢包率的阈值，α是一个大于1的常数，其可以保证当plr_k≤plr_threshold时，f(plr_k)是plr_k的单调增函数，当plr_threshold＜plr_k＜2plr_threshold时，f(plr_k)是plr_k的单调减函数，通过调整α的数值可以调整plr_k在μ_k中的权重。采用公式(2)或(4)中的形式时，α的取值可以为10、2或者自然数e。公式(3)中，δ₁为一很小的正常数，它可以保证当plr_k＝0时，f(plr_k)的函数值不为0，δ₁的取值可以为0.0001。公式(4)中δ₂为一正常数，它可以保证当plr_k在公式(4)所示的定义域中取值时函数f(plr_k)有意义，δ₂的取值需要根据plr_threshold及plr_k的定义域设定。公式(2)、(3)、(4)中的丢包率函数都将plr_k除以plr_threshold进行归一化，因此这些丢包率函数可以应用到plr_threshold不同的混合实时业务的调度过程中。

公式(1)中的r_k，max可以由用户在对应子载波上的信号干扰噪声比(SINR)确定，用户k在第n个子载波上的信号干扰噪声比可以表示为：

${\mathrm{SINR}}_{k,n}=\frac{p_{k,n}}{N_T({\mathrm{\σ}}^2+\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{I}_i)}---\left(5\right)$

用户k在第n个子载波上的信道容量可以表示为：

$r_{k,n}=W{\log }_2\det (I_m+{\mathrm{SINR}}_{k,n}{H}_{k,n}{H}_{k,n}^H)---\left(6\right)$

公式(5)给出了多小区系统中用户的信号干扰噪声比的计算方法，其中p_k，n为用户k在第n个子载波上被分配的功率，p_k，n≥0并且

N为系统中业务子载波的个数，P_max为总的发射功率，σ²表示热噪声功率，I_i表示相邻小区干扰，M表示干扰环中小区的数目，N_T为基站端的天线数。当应用到单小区系统时，公式(5)中的I_i取0即可。

公式(6)中，W为子载波带宽，I_m为单位阵且m＝min(N_T，N_R)，N_T为基站端的天线数，N_R为用户端的天线数，H_k，n为用户k在第n个子载波上的信道转移矩阵，

为H_k，n的共轭转置矩阵，det表示求行列式值。

在多小区MIMO-OFDM系统中，为了能够有效地估计多小区间干扰，本发明实施例在业务子载波上等分功率。在子载波上等分功率可以使接收端接收数据时满足一定的误比特率(BER)的要求，提高系统的传输效率。具体原因如下所述：

在子载波上等分功率，则可以利用该等分功率的值，根据公式(5)计算用户在某一个子载波上的信号干扰噪声比，公式(5)中的相邻小区干扰为系统中邻小区干扰最大的情况下干扰的估计值，该估计值大于等于实际中相邻小区的干扰值，因此计算所得的信号干扰噪声比小于等于实际的值。根据计算所得的信号干扰噪声比可以确定用户在空间子信道上的调制编码方式的阶数。因为每一阶调制编码方式对应的信号干扰噪声比的门限值可以保证接收端解调的信号满足特定的BER要求，所以当计算所得的信号干扰噪声比可以支持某一阶调制编码方式时，即计算所得的信号干扰噪声比大于、等于某一阶调制编码方式对应的信号干扰噪声比门限值，实际接收到的信号的信号干扰噪声比必然大于或等于该门限值，即一定可以满足特定的BER要求。

步骤202，为调度优先级最大的用户分配子载波，在该子载波上调度优先级最大的用户可以获得最大信道容量。假设调度优先级最大的用户为第j个用户，该用户具有最大信道容量的子载波为第i个子载波，同时设定基站配置的天线数为N_T。

步骤203，利用公式(7)计算系统中其它用户在第i个子载波上的调度优先级，按照调度优先级由大到小的顺序，选择其余N_T-1个服务用户。

${\mathrm{\μ}}_{k,i}=\frac{w_k}{w_{k,\max }}{r}_{k,i}f\left({\mathrm{plr}}_k\right)---\left(7\right)$

其中，w_k为用户k当前实时业务的最大等待包时延，w_k，max为用户k当前实时业务的最大容忍包时延，r_k，i为用户k在第i个子载波上的信道容量，f(plr_k)为用户k的丢包率plr_k的函数。

步骤204，从选定的N_T个用户所配置的天线与基站端天线组成的空间子信道集合中选出与基站所配置的天线数N_T相同的空间子信道，计算出选择的空间子信道的信道增益。

这里，计算空间子信道的信道增益的具体方法可以为：将选定的N_T个空间子信道对应的信道向量组成信道转移矩阵，对信道转移矩阵进行加权和对角化处理，处理后的信道转移矩阵的对角线上的N_T个数值分别对应N_T个空间子信道的信道增益。

步骤205，采用改进的注水功率分配方法为子载波上的每个空间子信道分配功率，更新数据缓冲区中的未分配资源的数据的大小以及系统可分配子载波集合。

数据缓冲区中的数据包的包时延都小于对应实时业务的最大容忍包时延。当数据包进入数据缓冲区时，会同时为该数据包维护一个时钟，一旦该数据包的包时延超过对应实时业务的最大容忍包时延时，该数据包将被丢弃。

步骤206，检验系统中所有用户的数据缓冲区中是否还有未分配资源的数据，如果有，则执行步骤207；否则结束本流程。

步骤207，判断系统可分配子载波集合是否为空，如果是，则结束本流程，如果否，则返回步骤201。

为了进一步保证QoS要求紧迫的用户对应的空间子信道的功率需求，提高系统的吞吐量，本发明实施例提供了两种功率分配方法，一种为改进的注水功率分配方法，这种方法的具体实现过程可以如图3所示，图3为本发明改进的注水功率分配方法的较佳实施例的流程图，该流程包括如下步骤：

步骤301，将丢包率大于预先设定的丢包率门限值的用户的空间子信道分配到紧迫空间子信道集合，将其余用户的空间子信道分配到非紧迫空间子信道集合。

这里的丢包率门限值和计算用户调度优先级时的丢包率阈值不同，该丢包率门限值可以根据实际情况设定。设置丢包率门限值的目的是将系统中丢包率不同的用户区分开，由于在实际应用中，通常信道条件好的用户的丢包率都为0或很小，信道条件差的用户的丢包率都较大，因此为了区分这两类用户，可以将丢包率门限值设置为0，即丢包率大于0的用户的空间子信道为紧迫的空间子信道，丢包率为0的用户的空间子信道为非紧迫空间子信道。丢包率门限值需要根据实际情况中用户丢包率的特点设置，一般应设置的小一些。

步骤302，计算紧迫空间子信道集合中每一个空间子信道的优先级。

这里，可以通过公式(8)计算每个空间子信道的优先级。

${\mathrm{\η}}_k=\frac{w_k}{w_{k,\max }}f\left({\mathrm{plr}}_k\right)---\left(8\right)$

其中，w_k为用户k当前实时业务的最大等待包时延；w_k，max为用户k当前实时业务的最大容忍包时延；f(plr_k)为用户k的丢包率plr_k的函数。

该以用户丢包率为自变量的函数f(plr_k)可以采用公式(2)、(3)或(4)中定义的形式。

步骤303，选择紧迫空间子信道集合中优先级最大的空间子信道，根据该空间子信道的信道增益、干扰和噪声计算使得该空间子信道上的调制编码方式提高一阶所需的发射功率的增量。

这里，设定初始化时，所有空间子信道上的调制编码方式都设置为0阶，发射功率设置为0。

步骤304，判断步骤303所计算的发射功率的增量是否小于当前所选定子载波上的剩余功率，如果是，则执行步骤305；如果否，则执行步骤306。

步骤305，为该空间子信道分配相应的功率，更新该空间子信道上的调制编码方式的阶数，当前所选定子载波上的剩余功率，判断该空间子信道更新后的调制编码方式是否为最高阶调制编码方式，如果是，则执行步骤306；如果否，则判断该空间子信道上可以传送的比特数是否大于数据缓冲区中未分配资源的数据的比特数，如果大于，则执行步骤306；否则，更新该空间子信道的优先级，执行步骤307。

这里，初始化时子载波上的剩余功率即为该子载波上的总发射功率。

根据计算所得的该空间子信道上可以发送的比特数可以判断该空间子信道的优先级是否发生了变化，因为如果一个等待分配资源的数据包的大小小于该空间子信道上可以发送的比特数，且数据缓冲区中还有剩余的数据包等待分配资源时，用户的最大等待包时延可能会发生改变。

步骤306，将该空间子信道从紧迫空间子信道集合中删除。

步骤307，判断当前所选定子载波上的剩余功率是否为0，如果是，则结束本流程，如果否，则判断紧迫空间子信道集合是否为空，如果否，则返回步骤303，如果是，则执行步骤308。

步骤308，计算非紧迫集合中每个空间子信道的调制编码方式增加一阶所需要的发射功率的增量和增加的比特数的比值。

步骤309，选择非紧迫空间子信道集合中发射功率的增量和增加的比特数的比值最小的空间子信道，判断该空间子信道所对应的功率增量是否小于该子载波上的剩余功率，如果是，执行步骤310；否则，将该空间子信道从非紧迫空间子信道集合中删除，执行步骤312。

步骤310，为该空间子信道分配相应的功率，并更新该空间子信道对应的调制编码方式的阶数和该子载波上的剩余功率。

步骤311，判断该空间子信道更新后的调制编码方式是否为最高阶调制编码方式，如果是，则将该空间子信道从非紧迫空间子信道集合中删除，如果否，则判断该空间子信道上可以传送的比特数是否大于数据缓冲区中未分配资源的数据的比特数，如果大于，则将该空间子信道从非紧迫空间子信道集合中删除，执行步骤312；否则，直接执行步骤312。

步骤312，判断该子载波上的剩余功率是否为0，如果是，则结束本流程，如果否，则判断非紧迫空间子信道集合是否为空，如果不为空，则返回步骤308继续执行，否则，执行步骤313。

步骤313，判断该子载波上分配到发送功率的空间子信道的个数是否为0，如果为0，结束本流程；否则，将该子载波上剩余的发送功率平均分配到那些已经被分配了发送功率的空间子信道上。

图3给出的这种功率分配方法，首先将空间子信道集合划分为紧迫空间子信道和非紧迫空间子信道集合，并且在两个集合中采用不同的方式确定进行功率分配的优先级。在紧迫空间子信道集合中，空间子信道的优先级由决定QoS紧迫程度的两个因素决定：用户当前实时业务的丢包率与丢包率阈值的接近程度，和最大等待包时延与最大容忍包时延的接近程度，因此QoS要求越紧迫，该空间子信道被分配的优先级越高，因此这种方法可以有效保证QoS要求紧迫的空间子信道的功率需求。在非紧迫空间子信道集合中，空间子信道的优先级由决定信道传输能力的因素决定，该因素为空间子信道的调制编码方式增加一阶所需要的发射功率的增量和增加的比特数的比值，这种按照空间子信道的信道传输能力分配功率的方法，可以进一步提高系统的吞吐量。因此，图3提供的功率分配方法可以有效保证QoS要求紧迫的空间子信道的功率需求，并且可以进一步提高系统的吞吐量。

图4为本发明实施例提供的第二种功率分配方法的流程图，该流程包括：

步骤401，计算空间子信道集合中每一个空间子信道的优先级。

这里，可以通过公式(9)计算每个空间子信道的优先级。

${\mathrm{\η}}_k=\frac{w_k}{w_{k,\max }}f\left({\mathrm{plr}}_k\right)---\left(9\right)$

其中，w_k为用户k当前实时业务的最大等待包时延；w_k，max为用户k当前实时业务的最大容忍包时延；f(plr_k)为用户k的丢包率plr_k的函数。

该以用户丢包率为自变量的函数f(plr_k)可以采用公式(2)、(3)或(4)中定义的形式。

步骤402，选择空间子信道集合中优先级最大的空间子信道，根据该空间子信道的信道增益、干扰和噪声计算使得该空间子信道上的调制编码方式提高一阶所需的发射功率的增量。

这里，设定初始化时，所有空间子信道上的调制编码方式都设置为0阶，发射功率设置为0。

步骤403，判断步骤402所计算的发射功率的增量是否小于当前所选定子载波上的剩余功率，如果是，则执行步骤404；如果否，则执行步骤405。

步骤404，为该空间子信道分配相应的功率，更新该空间子信道上的调制编码方式的阶数以及当前所选定子载波上的剩余功率；

判断该空间子信道更新后的调制编码方式是否为最高阶调制编码方式，如果是，则执行步骤405，如果否，则判断该空间子信道上可以传送的比特数是否大于数据缓冲区中未分配资源的数据的比特数，如果大于，则执行步骤405，否则，更新该空间子信道的优先级，执行步骤406。

这里，初始化时子载波上的剩余功率即为该子载波上的总发射功率。

根据计算所得的该空间子信道上可以发送的比特数可以判断该空间子信道的优先级是否发生了变化，因为如果一个等待分配资源的数据包的大小小于该空间子信道上可以发送的比特数，且数据缓冲区中还有剩余的数据包等待分配资源时，用户的最大等待包时延可能会发生改变。

步骤405，将该空间子信道从空间子信道集合中删除。

步骤406，判断当前所选定子载波上的剩余功率是否为0，如果是，则结束本流程，如果否，则判断空间子信道集合是否为空，如果否，则返回步骤402，如果是，则执行步骤407。

步骤407，判断该子载波上分配到发送功率的空间子信道的个数是否为0，如果为0，结束本流程；否则，将该子载波上剩余的发送功率平均分配到已经被分配了发送功率的空间子信道上。

本发明实施例同时还提供了一种资源分配装置，该装置包括：调度优先级确定单元、子载波分配单元、用户选择单元、空间子信道选择及增益确定单元、以及功率分配单元。

其中，调度优先级确定单元，用于在确定有数据要发送并且系统中存在可分配子载波时，根据用户当前实时业务的丢包率与丢包率阈值的接近程度、用户当前实时业务的最大等待包时延与最大容忍包时延的接近程度、以及用户在系统可分配子载波上的最大信道容量，确定每一个用户的调度优先级；

子载波分配单元，用于选择调度优先级最大的用户，将该用户可以获得最大信道容量的系统可分配子载波分配给该用户；

用户选择单元，用于计算系统中其它用户在分配给调度优先级最大的用户的子载波上的调度优先级，按照调度优先级由大到小的顺序，根据基站所配置的天线数选出该子载波上的其它服务用户；

空间信道选择及增益确定单元，用于为选定子载波上的每一个用户选择空间子信道，计算出每个用户的空间子信道的信道增益；

功率分配单元，用于根据空间子信道的信道增益，为空间子信道分配功率。

该装置中，功率分配单元可以采用现有的注水功率分配方法为空间子信道分配功率，也可以采用本发明实施例提供的两种功率分配方法为空间子信道分配功率。

当采用本发明实施例提供的第一种功率分配方法为空间子信道分配功率时，功率分配单元包括：

信道集合生成单元，用于将丢包率大于预先设定的丢包率门限值的用户的空间子信道组成紧迫空间子信道集合，将丢包率小于丢包率门限值的用户的空间子信道组成非紧迫空间子信道集合；

紧迫空间子信道功率分配单元，用于确定所述紧迫空间子信道集合中每个空间子信道的优先级，按照确定的优先级由大到小的顺序为紧迫空间子信道集合中的每个空间子信道分配功率；

非紧迫空间子信道功率分配单元，用于确定所述非紧迫空间子信道集合中的每个空间子信道的优先级，按照确定的优先级由大到小的顺序为非紧迫空间子信道集合中的每个空间子信道分配功率。

当采用本发明实施例提供的第二种功率分配方法为空间子信道分配功率时，功率分配单元包括：

优先级确定单元，用于根据每个空间子信道对应的用户当前实时业务的丢包率与丢包率阈值的接近程度，以及用户当前实时业务的最大等待包时延与最大容忍包时延的接近程度，确定空间子信道集合中每个空间子信道的优先级；

功率分配和更新单元，用于在当前所选定子载波上的剩余功率不为0，并且空间子信道集合不为空时，计算当前优先级最大的空间子信道上的调制编码方式提高一阶所需的发射功率的增量；判断所述发射功率的增量是否小于当前所选定子载波上的剩余功率，如果是，则为该空间子信道分配相应的功率，更新当前所选定子载波上的剩余功率，以及该空间子信道上的调制编码方式的阶数和优先级；如果否，则将该空间子信道从空间子信道集合中删除。

由以上实施例可见，本发明实施例提供的资源分配方法和装置，在计算用户的调度优先级时，综合考虑了用户的QoS要求紧迫程度和信道传输能力，从而一方面可以在实际的实时业务环境下有效保证实时业务用户的QoS要求；另一方面可以在一定程度上提高系统的吞吐量。

同时，本发明实施例的资源分配方法中，为调度优先级最高的用户分配信道条件最好的子载波，即将调度优先级最高的用户具有最大信道容量的子载波分配给该用户，从而可以改善子载波的利用效率。本发明的资源分配方法还设定为每个用户选择一个空间子信道，保证了用户间的公平性，避免了信道条件差，但QoS要求紧迫的用户不能被分配到资源的情况发生。

另外，本发明实施例提供的资源分配方法和装置，为不同的子载波分配服务用户时，考虑了用户在该子载波上的信道容量，因此可以充分利用多用户的频率分集增益；由于在同一个子载波上选择不同用户的空间子信道组成该子载波上被服务的空间子信道集合，因此可以充分利用多用户的空间分集增益。通过充分利用频域分集增益和空间分集增益可以有效的提高系统的吞吐量。由于系统吞吐量提高了，用户被服务的机会增加了，因此可以有效保证系统中用户的QoS要求。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种资源分配方法，其特征在于，包括：

A、根据用户当前实时业务的丢包率与丢包率阈值的接近程度、用户当前实时业务的最大等待包时延和最大容忍包时延的接近程度，以及用户在当前系统可分配子载波上的最大信道容量，确定每一个用户的调度优先级；

B、为调度优先级最高的用户分配子载波，在该子载波上所述调度优先级最高的用户具有最大信道容量；

C、根据用户当前实时业务的丢包率与丢包率阈值的接近程度，用户当前实时业务的最大等待包时延与最大容忍包时延的接近程度，以及在步骤B所分配的子载波的信道容量，计算系统中其它用户在步骤B所分配子载波上的调度优先级；按照调度优先级由大到小的顺序，根据基站所配置的天线数选择出该子载波上的其他服务用户；

D、计算为所述子载波上每个服务用户选择的空间子信道的信道增益；

E、根据每个空间子信道的信道增益，为空间子信道分配功率，更新数据缓冲区中的未分配资源的数据的大小以及系统可分配子载波集合；

F、确定数据缓冲区中还存在未分配资源的数据，并且系统中还存在可分配子载波时，返回步骤A。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A所述确定用户的调度优先级的方法具体为：

用户的调度优先级等于：用户当前实时业务的最大等待包时延和最大容忍包时延的比值，与用户在系统可分配子载波上的最大信道容量，以及表征用户当前实时业务的丢包率与丢包率阈值的接近程度的函数的乘积。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述其它用户在步骤B所分配的子载波上的调度优先级等于：所述其它用户当前实时业务的最大等待包时延与最大容忍包时延的比值，与该用户在步骤B所分配子载波上的信道容量，以及表征该用户当前实时业务的丢包率与丢包率阈值的接近程度的函数的乘积。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤E所述为空间子信道分配功率的方法为：利用现有的注水功率分配方法为空间子信道分配功率。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤E所述为空间子信道分配功率的步骤具体包括：

将丢包率大于预先设定的丢包率门限值的用户的空间子信道组成紧迫空间子信道集合，将丢包率小于丢包率门限值的用户的空间子信道组成非紧迫空间子信道集合；

根据所述紧迫空间子信道集合中每个空间子信道对应的用户当前实时业务的丢包率与丢包率阈值的接近程度，以及用户实时业务的最大等待包时延与最大容忍包时延的接近程度，确定该空间子信道的优先级，按照确定的优先级由大到小的顺序为紧迫空间子信道集合中的每个空间子信道分配功率；

确定所述非紧迫空间子信道集合中的每个空间子信道的优先级，所述非紧迫空间子信道集合中的空间子信道的优先级，与该空间子信道的调制编码方式增加一阶所需要的发射功率的增量和增加的比特数的比值的大小成反比；按照确定的优先级由大到小的顺序为非紧迫空间子信道集合中的每个空间子信道分配功率。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述紧迫空间子信道集合中的空间子信道的优先级等于：所述空间子信道对应的用户当前实时业务的最大等待包时延与最大容忍包时延的比值，与表征该用户当前实时业务的丢包率与丢包率阈值的接近程度的函数的乘积。

7.如权利要求2或3或6任一项所述的方法，其特征在于，所述表征用户当前实时业务的丢包率与丢包率阈值的接近程度的函数形式为：

$f\left({\mathrm{plr}}_k\right)=\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\α}}^{\frac{{\mathrm{plr}}_k}{{\mathrm{plr}}_{\mathrm{threshold}}}},{\mathrm{plr}}_k\≤{\mathrm{plr}}_{\mathrm{threshold}}\\ {\mathrm{\α}}^{\frac{2\×{\mathrm{plr}}_{\mathrm{threshold}}-{\mathrm{plr}}_k}{{\mathrm{plr}}_{\mathrm{threshold}}}},{\mathrm{plr}}_k>{\mathrm{plr}}_{\mathrm{threshold}}\end{array}\right.;$

或

$f\left({\mathrm{plr}}_k\right)=\left\{\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{plr}}_k}{{\mathrm{plr}}_{\mathrm{threshold}}}+{\mathrm{\δ}}_1,{\mathrm{plr}}_k\≤{\mathrm{plr}}_{\mathrm{threshold}}\\ \frac{{\mathrm{plr}}_{\mathrm{threshold}}-{\mathrm{plr}}_k}{{\mathrm{plr}}_{\mathrm{threshold}}}+{\mathrm{\δ}}_1,{\mathrm{plr}}_k>{\mathrm{plr}}_{\mathrm{threshold}}\end{array}\right.;$

或

$f\left({\mathrm{plr}}_k\right)=\left\{\begin{array}{c}{\log }_{\mathrm{\α}}(\frac{{\mathrm{plr}}_k}{{\mathrm{plr}}_{\mathrm{threshold}}}+{\mathrm{\δ}}_2),{\mathrm{plr}}_k\≤{\mathrm{plr}}_{\mathrm{threshold}}\\ {\log }_{\mathrm{\α}}(\frac{2\×{\mathrm{plr}}_{\mathrm{threshold}}-{\mathrm{plr}}_k}{{\mathrm{plr}}_{\mathrm{threshold}}}+{\mathrm{\δ}}_2),{\mathrm{plr}}_k>{\mathrm{plr}}_{\mathrm{threshold}}\end{array}\right.,$

其中，plr_k为用户当前实时业务的丢包率，α是一个大于1的常数，δ₁为一正常数，δ₂为一正常数，plr_threshold是用户当前实时业务的丢包率阈值。

8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述为紧迫空间子信道集合中的每个空间子信道分配功率的步骤具体包括：

E1、计算当前优先级最大的空间子信道上的调制编码方式提高一阶所需的发射功率的增量；

E2、判断所述发射功率的增量是否小于当前选定子载波上的剩余功率，

如果是，则为该空间子信道分配相应的功率，更新该空间子信道上的调制编码方式的阶数以及当前选定子载波上的剩余功率，判断该空间子信道更新后的调制编码方式是否为最高阶调制编码方式，如果是，将该空间子信道从紧迫空间子信道集合中删除；如果否，则判断该空间子信道上可以传送的比特数是否大于数据缓冲区中未分配资源的数据的比特数，如果大于，则将该空间子信道从紧迫空间子信道集合中删除；否则，更新该空间子信道的优先级；

如果否，则将该空间子信道从紧迫空间子信道集合中删除；

E3、确定当前选定子载波上的剩余功率不为0，并且紧迫空间子信道集合不为空，则返回步骤E1。

9.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述为非紧迫空间子信道集合中的每个空间子信道分配功率的步骤具体包括：

e1、判断当前优先级最大的空间子信道所对应的发射功率的增量是否小于当前选定子载波上的剩余功率，如果是，为该空间子信道分配相应的功率，并更新该空间子信道对应的调制编码方式的阶数，以及当前选定子载波上的剩余功率；否则，将该空间子信道从非紧迫空间子信道集合中删除；

e2、确定当前选定子载波上的剩余功率不为0，并且非紧迫空间子信道集合不为空，则返回步骤e1。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤e1所述为该空间子信道分配相应的功率后，进一步包括：

判断该空间子信道更新后的调制编码方式是否为最高阶调制编码方式，如果是，则将该空间子信道从非紧迫空间子信道集合中删除，如果否，则判断该空间子信道上可以传送的比特数是否大于数据缓冲区中未分配资源的数据的比特数，如果大于，则将该空间子信道从非紧迫空间子信道集合中删除。

11.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述为非紧迫集合中的每个空间子信道分配功率后，该方法进一步包括：

判断当前选定子载波上分配到功率的空间子信道的个数是否为0，如果为0，结束本流程；否则，将当前选定子载波上的剩余功率平均分配到已经被分配了功率的空间子信道上。

12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤E所述为空间子信道分配功率的步骤具体包括：

E11、根据每个空间子信道对应的用户当前实时业务的丢包率与丢包率阈值的接近程度，以及用户当前实时业务的最大等待包时延和最大容忍包时延的接近程度，确定每个空间子信道的优先级；

E12、计算当前优先级最大的空间子信道上的调制编码方式提高一阶所需的发射功率的增量；

E13、判断所述发射功率的增量是否小于当前选定子载波上的剩余功率，如果是，则为该空间子信道分配相应的功率，更新该空间子信道上的调制编码方式的阶数以及当前选定子载波上的剩余功率；判断该空间子信道更新后的调制编码方式是否为最高阶调制编码方式，如果是，将该空间子信道从紧迫空间子信道集合中删除；如果否，则判断该空间子信道上可以传送的比特数是否大于数据缓冲区中未分配资源的数据的比特数，如果大于，则将该空间子信道从紧迫空间子信道集合中删除；否则，更新该空间子信道的优先级；如果否，则将该空间子信道从空间子信道集合中删除；

E14、确定当前选定子载波上的剩余功率不为0，并且空间子信道集合不为空，则返回步骤E12。

13.一种资源分配装置，其特征在于，该装置包括：

调度优先级确定单元，用于在确定有数据要发送并且系统中存在可分配子载波时，根据用户当前实时业务的丢包率与丢包率阈值的接近程度、用户当前实时业务的最大等待包时延和最大容忍包时延的接近程度、以及用户在系统可分配子载波上的最大信道容量，确定每一个用户的第一调度优先级；以及根据用户当前实时业务的丢包率与丢包率阈值的接近程度，用户当前实时业务的最大等待包时延与最大容忍包时延的接近程度，以及在子载波单元所分配的子载波的信道容量，计算系统中除第一调度优先级最大的用户之外的其它用户在子载波分配单元所分配子载波上的第二调度优先级；

子载波分配单元，用于选择第一调度优先级最大的用户，将该用户可以获得最大信道容量的系统可分配子载波分配给该用户；

用户选择单元，用于在分配给第一调度优先级最大的用户的子载波上，按照第二调度优先级由大到小的顺序，根据基站所配置的天线数选出该子载波上的其它服务用户；

空间信道选择及增益确定单元，用于为选定子载波上的每一个用户选择空间子信道，计算出每个用户的空间子信道的信道增益；

功率分配单元，用于根据所述空间子信道的信道增益，为每个空间子信道分配功率。

14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述功率分配单元包括：

信道集合生成单元，用于将丢包率大于预先设定的丢包率门限值的用户的空间子信道组成紧迫空间子信道集合，将丢包率小于预先设定的丢包率门限值的用户的空间子信道组成非紧迫空间子信道集合；

紧迫空间子信道功率分配单元，用于根据所述紧迫空间子信道集合中每个空间子信道对应的用户当前实时业务的丢包率与丢包率阈值的接近程度，以及用户实时业务的最大等待包时延与最大容忍包时延的接近程度，确定该空间子信道的优先级，按照确定的优先级由大到小的顺序为紧迫空间子信道集合中的每个空间子信道分配功率；

非紧迫空间子信道功率分配单元，用于确定所述非紧迫空间子信道集合中的每个空间子信道的优先级，所述非紧迫空间子信道集合中的空间子信道的优先级，与该空间子信道的调制编码方式增加一阶所需要的发射功率的增量和增加的比特数的比值的大小成反比；按照确定的优先级由大到小的顺序为非紧迫空间子信道集合中的每个空间子信道分配功率。

15.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述功率分配单元包括：

优先级确定单元，用于根据每个空间子信道对应的用户当前实时业务的丢包率与丢包率阈值的接近程度，以及用户当前实时业务的最大等待包时延与最大容忍包时延的接近程度，确定空间子信道集合中每个空间子信道的优先级；

功率分配和更新单元，用于在当前所选定子载波上的剩余功率不为0，并且空间子信道集合不为空时，计算当前优先级最大的空间子信道上的调制编码方式提高一阶所需的发射功率的增量；判断所述发射功率的增量是否小于当前所选定子载波上的剩余功率，

如果是，则为该空间子信道分配相应的功率，更新当前所选定子载波上的剩余功率，以及该空间子信道上的调制编码方式的阶数；判断该空间子信道更新后的调制编码方式是否为最高阶调制编码方式，如果是，将该空间子信道从紧迫空间子信道集合中删除；如果否，则判断该空间子信道上可以传送的比特数是否大于数据缓冲区中未分配资源的数据的比特数，如果大于，则将该空间子信道从紧迫空间子信道集合中删除；否则，更新该空间子信道的优先级；

如果否，则将该空间子信道从空间子信道集合中删除。

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