CN101697637A - Ofdma系统中资源分配方法 - Google Patents

Abstract

一种无线通信技术领域的OFDMA系统中资源分配方法，包括：基站接收用户和中继返回的信道状态信息并初始化用户速率；基站依次为每个用户分配子载波，并更新分配子载波后的用户速率；根据成比例公平性对优先级在先的用户分配子载波，然后重新更新速率；判别子载波是否分配完毕，当还未分配完毕则回到步骤三，否则进入步骤五；为所有用户分别分配下行发射功率并为各个子载波分别分配发射功率。本发明保证多用户成比例的公平性的条件下，引入中继后自适应的分配子载波，功率和中继，最终提升用户间的公平性，并增大系统的吞吐量。

Description

OFDMA系统中资源分配方法

技术领域

本发明涉及的是一种无线通信技术领域的优化方法，具体是一种OFDMA系统中资源分配方法。

背景技术

随着当今社会的快速发展，人们对无线通信的通信速率要求越来越高，与此同时，由于无线网络中用户服务业务的多样性，如何保证不同用户服务质量(QoS)有差别的公平性，并同时提高整个无线小区的数据吞吐量，是当今无线通信领域的重要研究课题。

继2008年3GPP-LTE标准化基本完成之后，2009年是IMT-Advanced(4G)标准化正式启动的一年。而OFDM和中继技术成为在物理层支撑实现4G预定目标的两大核心技术，这两大技术的应用，使得通信系统在空间和频域上的资源分配问题变得更加复杂，更加具有挑战性，如何有效地进行系统资源的分配和优化，成为能否获得良好性能的关键，这不仅仅是学术界研究的热点，同时也是无线通信工业界需要解决的关键点。

在下行OFDMA系统中，基站根据用户返回的信道质量信息(CQI)分配系统资源，资源的分配主要包括子载波，功率，自适应调制和比特分配。考虑到用户不同的服务业务，因此资源的分配不仅要提高系统的吞吐量，还要考虑到用户之间的有差别的公平性。传统的资源分配包括最大信干比，MAX-MIN等算法。最大信干比算法以最大化系统吞吐量为目标(参见文献“C.Y.Wong，R.S.Cheng，K.B.Letaief，and R.D.Murch，Multiuser OFDM with adaptive subcarrier，bit，and power allocation[J].IEEE J.Sel.Areas Commun.1999，17(10)：1747-1758”，)该策略虽然保证了高的吞吐量，但系统公平性最差；MAX-MIN算法主要是追求最大的公平性，即通过分配资源，使小区内的用户最终达到相同的通信速率(参见文献W.Rhee and J.M.Cioffi.Increasing incapacity of multiuser OFDM system using dynamic subchannel allocation[J].Proc.IEEE Int.Vehicular Tech.Conf.Tokyo，Japan.2000，2：1085-1089)。由于该算法的目标在于使所有用户达到相同的服务质量，这样不仅大大减少了系统吞吐量，同时也无法满足当今用户业务多样性的要求。

针对上述方法的不足，Z.Shen，G.Andrews，and L.Evans.提出了一种成比例公平算法(参见文献Adaptive resource allocation in multiuser OFDMsystems with proportional rate constraints[J].Proc.IEEE Wireless Commun.and Networking Conf.(WCNC’06).2005，4(6)：2726-2738)，该算法根据用户业务的不同需求，自适应调整子载波与功率分配，以使各用户的速率满足一定比例。但是该算法并没有考虑到中继，系统吞吐量依然较低，无法满足4G的通信速率要求。

中继作为4G的一个核心技术，具有其特殊的优势。在3GPP LTE-A的提案TR 36.814V0.4.0中，指出在蜂窝系统中引入中继，可以提高基站与用户之间通信的可靠性和系统吞吐量，增大小区的覆盖面积，并且能够改善小区边缘用户的服务质量。由于引入中继后，传统的OFDMA多用户资源分配方法不再适用，因此如何在保证一定的公平性的前提下，通过分配系统资源提高系统吞吐量是当前急需解决的一个技术问题。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种OFDMA系统中资源分配方法，保证多用户成比例的公平性的条件下，引入中继后自适应的分配子载波，功率和中继，最终提升用户间的公平性，并增大系统的吞吐量，

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括如下步骤：

步骤一：基站接收用户和中继返回的信道状态信息并初始化系统参数。

所述的信道状态信息包括：用户以直传方式到基站的直传信道状态信息以及用户通过中继以转发方式到基站的中继信道状态信息。

所述的直传信道状态信息为：其中：i∈K表示用户的序号，n∈N表示子载波序号；

所述的中继信道状态信息包括：基站到中继的信道增益

以及中继到用户的信道增益

其中：j∈R表示中继序号。

所述的初始化系统参数是指：每个用户的速率R_i＝0，可用子载波集合N＝{1，2，…N}，N为子载波数，用户所使用的子载波

传输模式c_i，n＝0，成比例公平性的比例值为r₁∶r₂∶…∶r_K。

步骤二：基站依次为每个用户分配子载波，并更新分配子载波后的用户速率，具体包括以下步骤：

设定初始情况下每个子载波功率P_i(n)＝P_total/N，即子载波功率相等，P_total为基站和中继的合功率，对应采取直传方式传输数据的通信速率为：

$R_{{\mathrm{sd}}_i}\left(n\right)={\log }_2(1+\frac{P_i\left(n\right){\left|h_{{\mathrm{sd}}_i}\left(n\right)\right|}^2}{N_{0}B/N})---\left(1\right)$

其中，N₀噪声功率谱密度，B为系统带宽。

而采取中继转发方式传输数据的速率为：

$R_{{\mathrm{sr}}_j{d}_i}\left(n\right)=\frac{1}{2}{\log }_2(1+\frac{\frac{P_{s,i}\left(n\right)P_{r,i}\left(n\right){\left|h_{{\mathrm{sr}}_j}\left(n\right)\right|}^2{\left|h_{r_j{d}_i}\left(n\right)\right|}^2}{{\left|h_{{\mathrm{sr}}_j}\left(n\right)\right|}^2{P}_{s,i}\left(n\right)+N_{0}B/N}}{N_{0}B/N(1+\frac{{\left|h_{r_j{d}_i}\left(n\right)\right|}^2{P}_{r,i}\left(n\right)}{P_{s,i}\left(n\right){\left|h_{{\mathrm{sr}}_j}\left(n\right)\right|}^2+N_{0}B/N})})---\left(2\right)$

其中P_s，i(n)表示基站发射功率，P_r，i(n)表示中继发射功率，由于L1型中继采取半双工模式，因此有2P_i(n)＝P_s，i(n)+P_r，i(n)，当为基站分配功率

为中继分配功率

时，中继转发方式的通信速率达到最大，即：

$R_{{\mathrm{sr}}_j{d}_i}\left(n\right)=\frac{1}{2}{\log }_2(1+\frac{P_i\left(n\right)H_{{\mathrm{sr}}_j{d}_i}\left(n\right)}{N_{0}B/N})---\left(3\right)$

其中：

$H_{{\mathrm{sr}}_j{d}_i}\left(n\right)=\frac{2}{{(\frac{1}{\left|\right|h_{{\mathrm{sr}}_j}\left(n\right)\left|\right|}+\frac{1}{\left|\right|h_{r_j{d}_i}\left(n\right)})}^2}---\left(4\right)$

n₁，n₂，...，n_K为用户所使用的子载波，π_i＝π_i∪{n_i}，比较

和

选择值较大的作为传输方式。当用户采用使用直传方式时，标志此时的通信模式c_i，n＝1，令

当用户采用中继转发方式时，标志此时的通信模式c_i，n＝2，令

且记录中继序号。

步骤三：根据成比例公平性对优先级高的用户分配子载波，然后重新更新速率。

为了使用户的速率满足比关系r₁∶r₂∶…∶r_K，可以转换R_i/r_i的形式，即：

$R_1:R_2:...:R_K=r_1:r_2:...:r_K\⇔\frac{R_1}{r_1}:\frac{R_2}{r_2}:..:\frac{R_K}{r_K}---\left(5\right)$

其中：R_i/r_i，i∈K称为公平性因子，当公平性因子相等时表明系统用户满足成比例的公平，如果不相等，值最小的用户表明该用户成比例公平性最差，应当优先为其分配资源。

所述的对优先级高的用户分配子载波是指：寻找K个用户中公平性因子最小的用户k，优先为该用户分配子载波，记录该子载波序号为m，并令π_k＝π_k∪{m}，表明k用户使用了m号子载波，其他用户不得再使用该子载波，当用户采用使用直传方式时，标志此时的通信模式c_i，n＝1，令

当用户采用中继转发方式时，标志此时的通信模式ci，n＝2，令

且记录中继序号。

步骤四：判别子载波是否分配完毕，当还未分配完毕则回到步骤三，否则进入步骤五。

所述的判别子载波是否分配完毕是指：当π₁∪π₂∪…∪π_K＝N，即子载波已全部分配给用户，则进入步骤五，否则转回步骤三，继续分配子载波和中继。

步骤五：为所有用户分别分配下行发射功率并为各个子载波分别分配发射功率：

所述的分配下行发射功率是指：根据每个用户使用的子载波个数，为每个用户分配下行功率：

$P_i=P_{\mathrm{total}}\&CenterDot;\frac{<{\mathrm{\&pi;}}_i>}{N}---\left(6\right)$

其中：<π_i>表示该用户i使用的子载波个数。

所述的为各个子载波分别分配发射功率是指：利用注水法得到子载波分配的功率为：

$P_i\left(n\right)={({\mathrm{\&lambda;}}_i{c}_{i,n}-\frac{N_{0}B/N}{H_{e,i}\left(n\right)})}^{+}---\left(7\right)$

其中：H_e，i(n)为等效增益，当c_i，n＝2时，

当c_i，n＝1时，

下标j表示使用中继转发方式时子载波n对应的中继序号；

表示括号内的值大于0时值不变，若小于0，则将其值置0。将式(7)代入式(6)中求出注水水平λ_i，再将λ_i重新代入式(7)，迭代可得到子载波功率P_i(n)。

本发明将子载波和功率分成两阶段分配，子载波和中继联合分配。首先进行子载波的初次分配，以尽量提高系统吞吐量，而在子载波再分配的过程中，优先为满足成比例公平性最差的用户分配子载波，以使系统满足成比例的公平性原则。在子载波的分配过程中，传输方式的选择也包含了中继的分配。子载波分配结束后，按照各用户分配得到子载波数目的比例分配发射功率，在此基础上用注水法为每个子载波分配功率。

本发明的优点在于：由于在实际通信系统中用户的业务存在多样性，因此，最大化系统吞吐量或者最大化系统公平性是不现实的，无法满足未来4G系统的服务需求。而成比例公平性原则的引入，能很好解决该问题，实现用户之间有差别的公平性。引入中继后，原有的网络拓补结构发生改变，资源的分配也变得更加复杂。本发明提出了一种方法，将子载波和功率分成两阶段分配。利用子载波初次分配和注水功率分配，尽可能提高系统吞吐量；利用子载波再次分配保证系统的成比例公平性。该方法大大降低了分配的复杂度，并且在保证系统满足成比例公平性的前提下，明显增加了系统吞吐量。

附图说明

图1所示为下行链路含中继多用户OFDMA系统的模型示意图。

图2所示为子载波分配流程图。

图3所示为功率分配流程图。

图4所示为OFDMA系统吞吐量变化示意图。

图5所示为OFDMA系统用户速率图一。

图6所示为OFDMA系统用户速率图二。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实例采用8用户的下行OFDMA系统。其中用户(UE)，中继(Relay)和基站(BS)皆采用单天线，基站到用户的直传方式用虚线表示，基站经中继的中继转发方式用实线表示。基站发射功率为40dbm，4个中继数目分布在离基站0.5km处，64个子载波共用的系统1Mhz带宽。信道建模为频率选择性衰落信道，噪声频谱密度N0＝-152dbm/Hz，包含6条路径，路径之间相互独立，每条路径的相对能量满足Clarke模型。同时，将用户之间的信道增益差异控制在30db以内。系统的比例公平性可以是任意的比值，本实施实例讨论了公平性为4∶1∶1∶1∶1∶1∶1∶1的情况。

本实施例具体通过以下步骤实现：

步骤1：多中继的下行OFDMA系统如图1所示。基站可以通过直传方式发射信号给用户，也可以经过中继再转发给用户。信号发送模型用数学表达式表示为：

$y_{{\mathrm{sd}}_i}\left(n\right)=\sqrt{P_i\left(n\right)}{h}_{{\mathrm{sd}}_i}\left(n\right)X_s+n_{d1}---\left(8\right)$

$y_{{\mathrm{sr}}_j}\left(n\right)=\sqrt{P_{s,i}\left(n\right)}{h}_{{\mathrm{sr}}_j}\left(n\right)X_s+n_r---\left(9\right)$

$y_{r_j{d}_i}\left(n\right)=\sqrt{\frac{P_{r,i}\left(n\right)}{P_s\left(n\right){\left|h_{{\mathrm{sr}}_j}\left(n\right)\right|}^2+N_{0}B/N}}{y}_{{\mathrm{sr}}_j}\left(n\right)h_{r_j{d}_i}\left(n\right)+n_{d2}---\left(10\right)$

式中y_sd表示基站直接发送的接受信号，y_sr表示中继从基站处接收的信号，y_rd表示用户从中继接收的信号；n_d1，n_d2，n_d3均为加性高斯白噪声；P_i(n)表示采取直传方式传输时基站的发生功率，在子载波的分配过程中，值为P_total/N；P_s，i(n)和P_r，i(n)分别表示采取中继转发方式传输数据时基站和中继的发射功率。

则基站采取直传方式传输信号的速率

为：

$R_{{\mathrm{sd}}_i}\left(n\right)={\log }_2(1+\frac{P_i\left(n\right){\left|h_{{\mathrm{sd}}_i}\left(n\right)\right|}^2}{N_{0}B/N})---\left(11\right)$

基站经中继j发送给用户i的第n路子载波速率

为：

$R_{{\mathrm{sr}}_j{d}_i}\left(n\right)=\frac{1}{2}{\log }_2(1+\frac{\frac{P_{s,i}\left(n\right)P_{r,i}\left(n\right){\left|h_{{\mathrm{sr}}_j}\left(n\right)\right|}^2{\left|h_{r_j{d}_i}\left(n\right)\right|}^2}{{\left|h_{{\mathrm{sr}}_j}\left(n\right)\right|}^2{P}_{s,i}\left(n\right)+N_{0}B/N}}{N_{0}B/N(1+\frac{{\left|h_{r_j{d}_i}\left(n\right)\right|}^2{P}_{r,i}\left(n\right)}{P_{s,i}\left(n\right){\left|h_{{\mathrm{sr}}_j}\left(n\right)\right|}^2+N_{0}B/N})})---\left(12\right)$

采取中继转发方式传输时，为基站分配功率

为中继分配功率

基站根据用户和基站返回的信息，利用式(11)和式(12)计算出

和

速率值。

步骤2：寻找所有

和中最大的值，记录该值的i，n，为用户i分配子载波n。如果使用直传方式传输，则标志中继为0，令c_k，m＝1；如果使用中继转发方式传输，则标志中继序号j，令c_k，m＝2。然后寻找其他用户由

和

值最大的一个，记录此时的用户序号，及相应的子载波和中继使用情况。依此方法为8个用户分配好子载波和中继，更新用户速率。具体数据见如表1所示：

表1子载波初次分配的分配策略

用户ID	1	2	3	4	5	6	7	8
									分配的子载波	1	2	64	63	3	4	62	5
分配的中继	1	4	5	0	2	3	2	0
									速率(bit/s/Hz)	0.0711	0.0584	0.0583	0.0938	0.0453	0.0414	0.0491	0.0468

如此分配后，64个子载波仅分配了8个子载波，在后续步骤将分配剩余的56个子载波，以使系统满足成比例公平性原则。

步骤3：比较每个用户公平性因子R_i/r_i，i∈K，寻找公平性因子最小的用户，为该用户分配子载波。具体数据如表2所示：

表2子载波初次分配后的用户速率和公平性因子

用户ID	1	2	3	4	5	6	7	8
									速率(bit/s/Hz)	0.0711	0.0584	0.0583	0.0938	0.0453	0.0414	0.0491	0.0468
公平比例值	4	1	1	1	1	1	1	1
									公平性因子	0.0178	0.0584	0.0583	0.0938	0.0453	0.0414	0.0491	0.0468

由表2可见用户1的公平性因子最小，因此寻找和中最大的一个，记录此时的子载波序号m，为该用户1分配子载波m。如果使用中继则标记中继序号。更新用户速率后数值如表3所示：

表3子载波再分配第一次迭代后的用户速率和公平性因子

用户ID	1	2	3	4	5	6	7	8
									速率(bit/s/Hz)	0.1403	0.0584	0.0583	0.0938	0.0453	0.0414	0.0491	0.0468
公平比例值	4	1	1	1	1	1	1	1

用户ID	1	2	3	4	5	6	7	8
									公平性因子	0.0351	0.0584	0.0583	0.0938	0.0453	0.0414	0.0491	0.0468

步骤4：计算子载波已经被分配的个数，如果子载波分配数达到64，则表明子载波全部分配给用户，进入步骤5，否则返回步骤3，继续分配子载波。

步骤5：子载波分配结束后，得到的是在子载波功率相同条件下的速率，具体数据如表4所示：

表4子载波分配结束后用户的速率和公平性因子

用户ID	1	2	3	4	5	6	7	8
									速率(bit/s/Hz)	1.0192	0.2702	0.2707	0.2915	0.2502	0.2595	0.2650	0.2589
公平比例值	4	1	1	1	1	1	1	1
									公平性因子	0.2548	0.2702	0.2707	0.2915	0.2502	0.2595	0.2650	0.2589

可见，在子载波功率相同条件下，通过为用户分配子载波，可以使用户的公平性因子基本相等。为了增加系统的吞吐量，在子载波分配策略基础上进行注水功率分配。

用户i对应使用子载波n的功率为：

$P_i\left(n\right)={({\mathrm{\&lambda;}}_i{c}_{i,n}-\frac{N_{0}B/N}{H_{e,i}\left(n\right)})}^{+}---\left(13\right)$

式(13)中表示括号内的值大于0的时候保持值不变，若小于0，则将其值置0。其中H_e，i(n)为等效增益，当c_i，n＝2时，当c_i，n＝1时，

下标j表示使用中继转发方式时子载波n对应的中继序号。将p_i，n代入

$\underset{n\&Element;{\mathrm{\&pi;}}_i}{\mathrm{\&Sigma;}}{P}_i\left(n\right)=P_i---\left(14\right)$

$P_i=P_{\mathrm{total}}\&CenterDot;\frac{<{\mathrm{\&pi;}}_i>}{N}---\left(15\right)$

<π_i>表示用户i使用的子载波总数。进行功率分配后，更新用户的速率，具体数据见表5：

表5：注水法为子载波分配功率后的用户速率和公平性因子

用户ID	1	2	3	4	5	6	7	8
									速率(bit/s/Hz)	1.2139	0.3130	0.3127	0.3450	0.2900	0.3053	0.3215	0.3010
公平比例值	4	1	1	1	1	1	1	1
									公平性因子	0.3035	0.3130	0.3127	0.3450	0.2900	0.3053	0.3215	0.3010

比较表4和表5，可以发现注水法分配功率后系统吞吐量从2.8851bit/s/Hz增大至3.4025bit/s/Hz，而系统基本保持4∶1∶1∶1∶1∶1∶1∶1的比例公平。

上述步骤2，3，4完成子载波的分配工作，子载波的分配流程如图2，通过子载波的分配，基本上达到系统要求的比例公平，步骤5完成功率的分配工作，功率的分配流程见图3。

为了说明本实施例的优越性，这里比较了三种方案：本实施例的算法，传统TDMA，无中继的成比例公平算法。系统的仿真参数和环境如表6所示：

表6系统仿真参数

下行参数	设定值
		小区半径	1000m
系统总发射功率(基站和中继功率和)	32~46dbm
		系统带宽	1Mhz
子载波间隔	15.625Hz
		衰落模型	eNB-UE：L＝128.1+37.6log10(R)eNB-RN：L＝103.2+37.6log10(R)RN-UE：L＝132.3+39.6log10(R)，R in km
加性噪声功率谱密度	-152dbm/Hz
		基站天线数	1
中继天线数	1
		用户天线数	1
中继数目	4
		中继方式	L1型(AF模式)半双工
载波主频	2GHz
		阴影衰落标准差	8db

下行参数	设定值
		用户分布	用户之间信道增益最大差异≤30db
公平性比例	4∶1∶1∶1∶1∶1∶1∶1和1∶1∶1∶1∶1∶1∶1∶1

图4给出了基站发射功率为40dbm，公平性比例为4∶1∶1∶1∶1∶1∶1∶1的系统吞吐量。为了更直观的比较用户最终速率成比例的情况，图5给出了三种方案分配资源后各用户的速率。由图4和图5可以看出，采取本实施例的算法能很好的保持系统的公平性，而且明显增加了系统吞吐量。

为了说明该算法对不同比例的普遍适用性，图6给出了基站发射功率为40dbm，公平性比例为1∶1∶1∶1∶1∶1∶1∶1每个用户的最终速率。由图4，图5，图6可以看出，本实施例对于不同的公平性比例都具有适用性。

本实施例解决了含中继的下行OFDMA系统资源分配的问题。为了适应未来无线通信多业务的需求，引入了成比例公平性原则，实现用户之间有差别的公平性。通过将子载波和功率分成两部分分配大大降低了分配的复杂度，同时利用中继和注水功率分配，明显增加了系统吞吐量。

Claims (9)

1.一种OFDMA系统中资源分配方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：基站接收用户和中继返回的信道状态信息并初始化用户速率；

步骤二：基站依次为每个用户分配子载波，并更新分配子载波后的用户速率；

步骤三：根据成比例公平性对优先级在先的用户分配子载波，然后重新更新速率；

步骤四：判别子载波是否分配完毕，当还未分配完毕则回到步骤三，否则进入步骤五；

步骤五：为所有用户分别分配下行发射功率并为各个子载波分别分配发射功率。

2.根据权利要求1所述的OFDMA系统中资源分配方法，其特征是，所述的信道状态信息包括：用户以直传方式到基站的直传信道状态信息以及用户通过中继以转发方式到基站的中继信道状态信息；所述的直传信道状态信息为：

其中：i∈K表示用户的序号，n∈N表示子载波序号；所述的中继信道状态信息包括：基站到中继的信道增益

以及中继到用户的信道增益

其中：j∈R表示中继序号。

3.根据权利要求1所述的OFDMA系统中资源分配方法，其特征是，所述的初始化系统参数是指：每个用户的速率R_i＝0，可用子载波集合N＝{1，2，…N}，N为子载波数，用户所使用的子载波

传输模式c_i，n＝0，成比例公平性的比例值为r₁∶r₂∶...∶r_K。

4.根据权利要求1所述的OFDMA系统中资源分配方法，其特征是，所述的传输方式选择包括以下操作：

设定初始情况下每个子载波的功率相同，即P_i(n)＝P_total/N，P_total为基站和中继的和功率，对应采取直传方式传输数据的通信速率为：

$R_{{\mathrm{sd}}_i}\left(n\right)={\log }_2(1+\frac{P_i{\left|h_{{\mathrm{sd}}_i}\left(n\right)\right|}^2}{N_{0}B/N})$

其中，N₀噪声功率谱密度，B为系统带宽；

而采取中继转发方式传输数据的速率为：

$R_{{\mathrm{sr}}_j{d}_i}\left(n\right)=\frac{1}{2}{\log }_2(1+\frac{\frac{P_{s,i}\left(n\right)P_{r,i}\left(n\right){\left|h_{{\mathrm{sr}}_j}\left(n\right)\right|}^2{\left|h_{r_j{d}_i}\left(n\right)\right|}^2}{{\left|h_{{\mathrm{sr}}_j}\left(n\right)\right|}^2{P}_{s,i}\left(n\right)+N_{0}B/N}}{N_{0}B/N(1+\frac{{\left|h_{r_j{d}_i}\left(n\right)\right|}^2{P}_{r,i}\left(n\right)}{P_{s,i}\left(n\right){\left|h_{s{r}_j}\left(n\right)\right|}^2+N_{0}B/N})})$

其中P_s，i(n)表示基站发射功率，P_r，i(n)表示中继发射功率，由于L1型中继采取半双工模式，因此有2P_i(n)＝P_s，i(n)+P_r，i(n)，当为基站分配功率

为中继分配功率

时，中继转发方式的通信速率达到最大，即：

$R_{{\mathrm{sr}}_j{d}_i}\left(n\right)=\frac{1}{2}{\log }_2(1+\frac{P_i\left(n\right)H_{{\mathrm{sr}}_j{d}_i}\left(n\right)}{N_{0}B/N})$

其中：

$H_{{\mathrm{sr}}_j{d}_i}\left(n\right)=\frac{1}{{(\frac{1}{\left|\right|h_{{\mathrm{sr}}_j}\left(n\right)\left|\right|}+\frac{1}{\left|\right|h_{r_j{d}_i}\left(n\right)\left|\right|})}^2}$

n₁，n₂，...，n_K为用户所使用的子载波，π_i＝π_i∪{n_i}，比较和

选择值较大的作为传输方式，当用户采用使用直传方式时，标志此时的通信模式c_i，n＝1，令当用户采用中继转发方式时，标志此时的通信模式c_i，n＝2，令

且记录中继序号。

5.根据权利要求1所述的OFDMA系统中资源分配方法，其特征是，根据成比例公平性对优先级高的用户分配子载波，然后重新更新速率；

为了使用户的速率满足比关系r₁∶r₂∶...∶r_K，可以转换R_i/r_i的形式，即：

$R_1:R_2:...:R_K=r_1:r_2:...:r_K\&DoubleLeftRightArrow;\frac{R_1}{r_1}:\frac{R_2}{r_2}:...:\frac{R_K}{r_K},$

其中：R_i/r_i，i∈K称为公平性因子，当公平性因子相等时表明系统用户满足成比例的公平，如果不相等，值最小的用户表明该用户成比例公平性最差，应当优先为其分配资源。

6.根据权利要求5所述的OFDMA系统中资源分配方法，其特征是，所述的对优先级高的用户分配子载波是指：寻找K个用户中公平性因子最小的用户k，优先为该用户分配子载波，记录该子载波序号为m，并令π_k＝π_k∪{m}，表明k用户使用了m号子载波，其他用户不得再使用该子载波，当用户采用使用直传方式时，标志此时的通信模式c_i，n＝1，令

当用户采用中继转发方式时，标志此时的通信模式c_i，n＝2，令

且记录中继序号。

7.根据权利要求1所述的OFDMA系统中资源分配方法，其特征是，所述的判别子载波是否分配完毕是指：当π₁∪π₂∪...∪π_K＝N，即子载波已全部分配给用户，则进入步骤五，否则转回步骤三，继续分配子载波和中继。

8.根据权利要求1所述的OFDMA系统中资源分配方法，其特征是，所述的分配下行发射功率是指：根据每个用户使用的子载波个数，为每个用户分配下行功率：

其中：<π_i>表示该用户i使用的子载波个数。

9.根据权利要求1所述的OFDMA系统中资源分配方法，其特征是，所述的为各个子载波分别分配发射功率是指：利用注水法得到子载波功率为：

$P_i\left(n\right)={({\mathrm{\&lambda;}}_i{c}_{i,n}-\frac{N_{0}B/N}{H_{e,i}\left(n\right)})}^{+},$

其中：H_e，i(n)为等效增益，当用户采用转发方式且c_i，n＝2时，

当用户采用直传方式时标志中继为0且c_i，n＝1时，

下标j表示使用中继转发方式时子载波n对应的中继序号；

表示括号内的值大于0时值不变，若小于0，则将其值置0，求出注水水平λ_i，再将λ_i重新代入上述得到子载波功率式，迭代可得到子载波功率P_i(n)。

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