CN102036184B - 一种用于无线广播组播分层调制的功率分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于无线广播组播分层调制的功率分配方法，发送端将功率λP分配给基本流，将(1-λ)P分配给增强流，以及每次以第一用户选择比例p_b发送基本流以及以第二用户选择比例p_e发送增强流，直到推定为收到基本流的用户比例大于等于预定比例H时的发完时刻为止，λ表示功率分配因子，0＜λ≤1，P为用于发送基本流和增强流的总功率。将λ的值确定为使得最大时λ的取值，其中，C_u为发完时刻增强流的吞吐量，K_B为发完时刻的系统时延，以及C_u和K_B均为λ的表达式，H大于等于90％。本发明提出了最优功率分配方案，实现了系统性能最优化。

Description

一种用于无线广播组播分层调制的功率分配方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及无线广播组播分层调制技术中的功率分配方法。

背景技术

无线通信在过去几年取得的巨大成就和未来所蕴含的巨大发展潜力无人质疑。随着3G、4G等技术的飞速发展，无线通信不仅对纯文本低速率的消息传输有了更高的要求，也对高速率多媒体数据业务的需求日益增长。无线广播组播业务，如手机上网、移动电视等，因其低廉的应用成本和对带宽的高效利用率而使得专门针对提高多媒体广播组播服务质量的研究逐步成为无线通信发展的主流。

在现有的普通广播系统中，发射机的发射功率以及调制编码方式均是以覆盖区域内的最差用户为基准，这样才能保证所有用户都能享受到所提供的多媒体服务。但是，这样不仅会降低近端用户的服务质量，而且会造成很大时延。

发明人于2010年12月27日提出的申请号为201010606067.0的发明专利申请《一种无线广播组播传输方法》，将机会多播优化应用到分层信源编码的技术方案。在该专利申请提出的机会多播中：

一方面，在机会多播中，基站信号的发射速率是根据某个中间信道条件的用户而定的，每次发射保证有p(0<p<100%)的用户能够接收到广播消息。在这种情况下，基站信号的发射速率会远大于传统广播的发射速率，同时每次基站发射有p的用户能够接收到广播消息，基站将消息重发若干次就能够让所有用户都接收到广播消息，所有用户都接收到广播消息的系统时延将会大大减小。

另一方面，为提高频谱利用效率及保证传输质量，基于多媒体业务的分层信源编码方案成为现在的研究热点。如图1所示，分层信源编码的主要原理是将原始的视频信息编码为基本层信息流（基本流）和增强层信息流（增强流）。基本流考虑的是覆盖内的所有用户，可以保证最差用户(如离基站端BS最远的用户端U2)也能得到最基本的视频观赏效果，而增强流是面向信道状况较好的用户的，只有那些信道较好的用户(如离基站端BS较近的用户端U1)才能正确解码，从而得到更加精细的视频享受，这样就实现了对不同用户的不同服务等级，对信道状况较好的用户提供了更好的服务，充分地利用了信道状况较好的用户的信道资源。此外，传输时，要求基本流的时延越小越好，而要求增强流的吞吐量越大越好，使用分层信源编码可以尽量满足对不同数据流的期望目标。

在上述发明申请中，通过将机会多播优化应用到分层信源编码的技术方案，为不同的层分配不同的速率，从而使得基本流时延尽可能小且增强流的吞吐量尽可能大。但是，在上述专利申请中，未提及如何合理地分配功率分配因子的情况下，为各个层分别分配速率，以进一步在使得基本流时延尽可能小且使得增强流的吞吐量尽可能大。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种无线广播组播传输方法分层调制功率分配方法。

根据本发明的一方面，提供了一种用于无线广播组播分层调制的功率分配方法，在该方法中：

发送端将功率λP分配给基本流，将(1-λ)P分配给增强流，以及每次以第一用户选择比例p_b发送所述基本流以及以第二用户选择比例p_e发送所述增强流，直到推定为收到所述基本流的用户比例大于等于预定比例H时的发完时刻为止，λ表示功率分配因子，0<λ≤1，P为用于发送所述基本流和所述增强流的总功率，其特征在于，包括：

确定步骤，将λ的值确定为使得最大时λ的取值，

其中，C_u为发完时刻增强流的吞吐量，K_B为发完时刻的系统时延，以及C_u和K_B均为λ的表达式，H大于等于90%，以及

所述第一用户选择比例p_b是根据小区中用户端的信道状况推定为每次发送时能够成功接收到所发送的基本流消息的用户端占所有要接收消息的用户端的比例，所述第二用户选择比例p_e是根据小区中用户端的信道状况推定为每次发送时能够接收到所发送的增强流消息的用户端占所有要接收消息的用户端的比例。

根据本发明另一方面的用于无线广播组播分层调制的功率分配方法，

$K_B=\frac{\mathrm{nS}}{{B\log }_2\left(\frac{r_c^m-{\mathrm{\&rho;}}_0\ln p_b}{r_c^m-(1-\mathrm{\&lambda;}){\mathrm{\&rho;}}_0\ln p_b}\right)}$

其中，n为总的发送次数，S为需要发送的信息数，B为传输带宽，r_c为小区半径，m表示路损指数，ρ₀=GP/N表示综合考虑了功率和信道状况的因子，其中，G为综合考虑了包括路损、天线增益和天线高度的因素影响的因子，N为高斯白噪声，n为以p_b表示的表达式，p_b为以λ表示的表达式。

根据本发明另一方面的用于无线广播组播分层调制的功率分配方法，在所述确定步骤之前，在将K_B的表达式中的λ作为常量且将p_b作为变量的情况下，对根据K_B的表达式进行求导，将p_b的以λ表示的表达式确定为使得K_B最小时的以λ表示的表达式。

根据本发明另一方面的用于无线广播组播分层调制的功率分配方法，在所述确定步骤之前，将p_b确定为使得K_B最小时的以λ表示的表达式；以及

在所述确定步骤之后，将所述确定步骤中所确定的λ的值带入所确定的p_b的以λ表示的表达式，以求得p_b的值。

根据本发明另一方面的用于无线广播组播分层调制的功率分配方法，在所述确定步骤之前，还将p_e确定为使得C_u最大时的以λ表示的表达式；

以及在所述确定步骤之后，还将所述确定步骤中所确定的λ的值带入所确定的p_e的以λ表示的表达式，以求得p_e的值。

根据本发明另一方面的用于无线广播组播分层调制的功率分配方法，根据所求得的p_b的值，通过如下表达式来计算用于发送所述基本流的发送速率v_b：

$v_b={\log }_2\left(\frac{r_c^m-{\mathrm{\&rho;}}_0\ln p_b}{r_c^m-(1-\mathrm{\&lambda;}){\mathrm{\&rho;}}_0\ln p_b}\right).$

根据本发明另一方面的用于无线广播组播分层调制的功率分配方法，根据所求得的p_b和p_e的值，通过如下表达式来计算用于发送所述增强流的发送速率v_e：

v_e=log₂(1+ρ|h_e|²)，

其中，

${\left|h_e\right|}^2={\left[\frac{2p_b}{{\mathrm{mr}}_c^2{p}_e}\mathrm{\&gamma;}(\frac{2}{m},r_c^m{\left|h_e\right|}^2)\right]}^{\frac{m}{2}},$

$\mathrm{\&gamma;}(p,q)=\underset{0}{\overset{q}{\&Integral;}}{t}^{p-1}\exp (-t)\mathrm{dt},$

以及，n为总的发送次数，r_c为小区半径，m表示路损指数，h_e为表示信道状况信息的信道增益，为复数，在瑞利衰落信道中|h_e|²是均值为1的负指数分布，ρ代表综合考虑了功率和信道状况的因子，ρ=G(1-λ)P/N，G为综合考虑包括路损、天线增益和天线高度的影响因素的因子，N为高斯白噪声，γ(p,q)为不完全伽玛函数。

根据本发明另一方面的用于无线广播组播分层调制的功率分配方法，

C_u=nlog₂(1+ρ|h_e|²)×p_e，

其中，

${\left|h_e\right|}^2={\left[\frac{2p_b}{{\mathrm{mr}}_c^2{p}_e}\mathrm{\&gamma;}(\frac{2}{m},r_c^m{\left|h_e\right|}^2)\right]}^{\frac{m}{2}},$

$\mathrm{\&gamma;}(p,q)=\underset{0}{\overset{q}{\&Integral;}}{t}^{p-1}\exp (-t)\mathrm{dt},$

以及，n为总的发送次数，r_c为小区半径，m表示路损指数，h_e为表示信道状况信息的信道增益，为复数，在瑞利衰落信道中|h_e|²是均值为1的负指数分布，ρ代表综合考虑了功率和信道状况的因子，ρ=G(1-λ)P/N，G为综合考虑包括路损、天线增益和天线高度的影响因素的因子，其与

一起用来反映传输信道状况，N为高斯白噪声，γ(p,q)为不完全伽玛函数，p_b和p_e为以λ表示的表达式。

根据本发明另一方面的用于无线广播组播分层调制的功率分配方法，在所述确定步骤之前，在将C_u的表达式中的λ作为常量且将p_e作为变量的情况下，对C_u的表达式进行求导，将p_e的以λ表示的表达式确定为使得C_u最大时的以λ表示的表达式。

根据本发明另一方面的用于无线广播组播分层调制的功率分配方法，所述预定比例H大于等于95%，以及通过如下步骤来推定能够成功接收到所述基本流的用户比例：

第一次发送所述基本流后，推定为能够成功接收所述基本流的用户比例为p_b，未能接收到所述基本流的用户比例为1-p_b；

在第一次之后每次发送基本流时，将能够成功接收到所发送的所述基本流的用户比例推定为前一次发送时被推定为能够成功接收到所发送的所述基本流的用户与前一次发送时被推定为未能成功接收到所述基本流的用户比例乘以所述第一用户选择比例p_b之和。

在本发明中，将机会多播技术、功率分配技术和分层调制编码方案技术优化结合，有效提高了频谱利用效率以及用户服务质量。换而言之，本发明的基于机会多播的分层调制最优功率分配方案能够在尽量满足基本层和增强层对性能的主要要求的基础上，实现系统最优化目标。

更具体地，本发明既能够迅速地满足系统内所有用户的基本需求（即，使得基本流时延最小化），又能够为信道条件好的用户提供尽可能精细的服务（即，使得吞吐量最大化）。

更具体地，本发明能够减少系统时延，从调制编码方案等方面改善传输时延，在保证准确有效的前提下，降低传输时间；能够提高频谱利用率，使得在有限的频谱内，尽可能多的传播用户信息，并提高传输质量，增加接收端吞吐量；以及能够提高近端用户的服务质量，对于信道较好的用户，充分利用信道资源，提高信道利用率并降低差错率。

本发明将机会多播的概念融入无线广播组播分层传输技术中，并分别考虑分层传输中的基本层信息和增强层信息的要求，有针对性得设计发送速率，满足各自的需求。

此外，本发明以系统为整体，在增强层信息传输的吞吐量和基本层信息传输的系统时延上做一个取舍，提出了最优功率分配方案，实现了系统性能最优化。本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

虽然在下文中将结合一些示例性实施及使用方法来描述本发明，但本领域技术人员应当理解为并不旨在将本发明限制于这些实施例；反之，旨在覆盖包含在所附的权利要求书所定义的本发明的精神与范围内的所有替代品、修正及等效物。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。

图1是现有技术中多用户小区分层传输示意图；

图2是分层调制系统发送机的编码原理示意图；

图3是分层调制系统接收机的解码原理示意图；

图4是基站端发送数据的流程示意图；

图5是用户端接收数据的流程示意图；

图6是根据本发明第一实施例的用于无线广播组播分层调制的功率分配方法中确定的λ值的流程图；

图7是根据本发明第二实施例的用于无线广播组播分层调制的功率分配方法中确定的λ值的流程图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，以及达成技术效果的实现过程能充分理解，并据以实施。需要说明的是，在不冲突的情况下本发明实施例以及实施例中的各个特征可以相互结合，这些均落在本发明的保护范围之内。

第一实施例

分层调制技术

根据分层调制的概念，发送端发送两种不同的信息流：基本流（也称基本层）和增强流(也称增加层或叠加流)。发送端将这两类消息叠加并发送形式发送。通常基本流的发射功率较大，增强流的发射功率较小。

在接收端（用户端），首先解码基本流信息。在解码基本流信息的过程中，将叠加流信息作为干扰。在解码增强流信息时，在总的接收信号中减去已被解码并重建的基本流信号，进而得到增强流信息并将其解码，从而得到解码后的叠加流消息。通常，信道质量较好的接收端可以将两类消息全部解码，而信道质量较差的接收端只能解码基本流消息。

图2是分层调制系统发送机的编码原理示意图。如图3所示，基站端发送消息m₁和m₂，要发送的消息分别经过编码器1和编码器2，编码后对得到的码序列x₁和x₂分别进行调制处理，调制完成后两信号按照一定的功率比系数叠加在一起，分配给码序列x₁的能量为λP，分配给码序列x₂的能量为(1-λ)P，这里假设基站端分配给码序列x₁的能量λP较大，基站端分配给码序列x₂的能量(1-λ)P较小，其中0.5<λ<1，P为总发送功率。最后基站端将叠加后的信号x发射出去。

图3是分层调制系统接收机的解码原理示意图。如图4所示。对接收到的信号进行解码，在解码信号x₁的时候，将信号x₂视为干扰，解码出消息

；在解码信号x₂的时候，首先进行干扰消除，即先从接收到的信号中解码消息

然后重构信号x₁，从其接收到的总信号x中减去信号x₁从而得到无干扰的信号x₂，从信号x₂中解码出消息

可知，如果用户端的信道较差(例如用户端U2)，则可只解码出消息

而如果用户端的信道较好(例如用户端U1)，则可既解码出消息

又解码出消息

图4是基站端发送数据的流程示意图。如图5所示，基站端的编码调制模块将基本层信息和增强层信息分别进行编码调制，并由串并变换模块进行串并变换，随后将单播信号和广播信号通过加法器进行叠加，其中λP和(1-λ)P分别是对基本层信息和增强流信息所分配的发射功率,其中，0.5<λ<1。然后IFFT模块对数据进行快速反快速傅里叶变换(Inverse Fast FourierTransform，IFFT)，相当于进行正交频分复用(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，OFDM)载波调制。并串变换模块进行并串变换后由加循环前缀CP模块加循环前缀并由发射模块发射出去。

图5是用户端接收数据的流程示意图。如图5所示，具体的解码步骤为：

去循环前缀CP模块对接收信号去除循环前缀(Cyclic Prefix，CP)，FFT模块做快速傅立叶变换（Fast Fourier Transform，FFT）以进行OFDM解调，并由缓存模块保存OFDM解调后的接收信号；

通过基本层信号导频进行信道估计，得到信道增益，并且基本层信号解调和解码模块利用基本层信号导频对基本层信号进行解调和解码，得到基本层信号信息块，继而获得基本层消息；

基本层信号编码模块利用基本层信号导频对解码后的基本层信号信息块进行编码调制得到重建的基本层信号，并从缓存模块保存的OFDM解调后的接收信号中减去重建的基本层信号，则得到增强层信号；

利用增强层信号导频对增强层信号进行解调和解码，得到增强层消息。

上面说明结合图2至图5说明了采用分层调制进行传输的工作原理及流程。

机会多播技术

对于广播服务，考虑以下两种极端情况。

第一种极端情况是广播，为保证所有用户端都能接收到广播服务，基站根据小区中信道最差的用户端的信道情况来确定发送速率，从而，在小区内用户端数量较大时，会导致基站信号的发送速率很小。在这种情况下，只经过一次基站端信号发射便使得所有用户端均能接收到基站端所广播的消息(简称广播消息)，但是，由于信号发送速率很小，造成系统时延很大。

第二种极端情况是机会单播，基站端根据信道最好的用户端的信道情况来确定发送速率，从而，基站端信号的发送速率会很大。在这种情况下，由于每次发射只能有一个用户端能够接收到广播消息，基站端需要将消息多次重发才能让所有用户端都能够接收到广播消息，因此，这种极端情况会导致让所有用户端都接收到广播消息的系统时延非常大。

机会多播提出在广播系统中，基站信号的发射速率是根据某个中间信道条件的用户而定，而非最差信道状况的用户而定，每次发射目标设定为有比例p(0<p<1)的用户能够收到广播消息。此时，基站信号的发射速率会远大于传统广播的发射速率，同时基站若干次(远小于接收用户数)重发消息即可满足要求，因此系统所需总的传输时延大大降低。

在将基站端要发送的消息分为基本流和增强流的情况下，对于基本流，目标是时延最小化，对于增强流，目标是吞吐量最大化。此外，如果所有的发射功率都分配给增强流传输，则增强流的吞吐量将达到最大；另一方面，如果所有的发射功率都分配给基本流传输，则基本流的系统时延将达到最小。因此，最优的功率分配需要在增强层信息传输的吞吐量和基本层信息传输的系统时延上做一个取舍。

引入机会多播的分层调制功率分配方案

本发明的发明人不但创造性地将机会多播的思想融入到分层调整传输的方案中以通过为各层数据流选择不同的传输速率，而且还在确定各层的数据流传输速率时综合考虑了功率分配，从而能够大大提高近端用户端的服务质量。

在根据本实施例的广播多播传输方案中，已知小区内所有用户端的信道状况信息分布。

下面结合图6来说明本实施例。为了便于说明，本实施例只说明与第一实施例不同的部分。

在本实施例中，发送端将功率λP分配给基本流，将(1-λ)P分配给增强流，以及每次以第一用户选择比例p_b发送所述基本流以及以第二用户选择比例p_e发送所述增强流，直到收到所述基本流的用户比例大于等于预定比例H，λ表示基本流的功率分配因子，0<λ≤1，P为用于发送所述基本流和所述增强流的总功率。当推定为收到所述基本流的用户比例大于等于预定比例H时（简称为发完时刻），视为所有用户均收到了基本流。

更具体地，第一用户选择比例p_b是根据小区中用户端的信道状况推定为每次发送时能够成功接收到所发送的基本流消息的用户端占所有要接收消息的用户端的比例，第二用户选择比例p_e是根据小区中用户端的信道状况推定为每次发送时能够接收到所发送的增强流消息的用户端占所有要接收消息的用户端的比例。如果用户端所支持的针对基本流接收速率大于等于发送时所采用的基本流的发送速率，则推定为该用户端能够成功接收该基本流消息。类似地，如果用户端所支持的针对增加流的接收速率大于等于发送时所采用的增强流的发送速率，则推定为该用户端能够成功接收到该增加流消息。

图6示出了根据本发明第一实施例的无线广播组播分层调制功率分配方法中确定的λ值的流程。下面详细说明该流程中的各步骤。

步骤S610，确定C_u的以λ表达的表达式，其中C_u为推定为能够使得预定比例H的用户能收到所述基本流时（发完时刻）增强流的吞吐量。

步骤S620，确定K_B的以λ表达的表达式，其中K_B为推定为能够使得预定比例H的用户能收到基本流时的系统时延。

步骤S630，将λ的值确定为使得

最大时λ的取值。亦即，使得满足 ${\mathrm{\&lambda;}}^{\mathrm{opt}}=\underset{\mathrm{\&lambda;}}{\arg \max }\left(\frac{C_u}{K_B}\right).$

预定比例H大于等于90%，优选为大于等于95%。

更具体地，可通过如下方式来推定能够成功接收到所述基本流的用户比例：第一次发送所述基本流后，推定为能够成功接收所述基本流的用户比例为p_b，未能接收到所述基本流的用户比例为1-p_b；之后每次发送基本流时，将能够成功接收到所发送的基本流的用户比例推定为前一次发送时被推定为未能成功接收到该基本流的用户比例乘以第一用户选择比例p_b。

综上可知，本实施例以系统为整体，在增强层信息传输的吞吐量和基本层信息传输的系统时延上做一个取舍，提出了最优功率分配方案，实现了系统性能最优化。

第二实施例

下面结合图7来说明第二实施例。为了便于说明，本实施例只说明与第一实施例不同的部分。为了便于说明和理解，针对本实施例中与前一实施例相同或相似的步骤，采用了相同的附图标记。

图7示出了本发明第二实施例的用于无线广播组播分层调制的功率分配方法中确定的λ值的流程。下面详细说明该流程中的各步骤。

步骤S610，确定C_u的以λ表达的表达式，其中C_u为发完时刻的增强流的吞吐量。

步骤S620，确定K_B的以λ表达的表达式，其中K_B为推定为能够使得预定比例H的用户接收到所述基本流的系统时延。

步骤S721，优选地，将第一用户选择比例p_b确定为使得总传输时延K_B最小时的以λ表示的表达式。

步骤S722，优选地，将第二用户选择比例p_e确定为使得增强流的吞吐量C_u最大时的以λ表示的表达式。

步骤S630，将λ的值确定为使得

最大时的取值。

步骤S740，将步骤S630中确定的λ的值带入步骤S721中所确定的p_b的以λ表示的表达式，以求得p_b的值。

步骤S750，将步骤S630中确定的λ的值带入步骤S722中所确定的p_e的以λ表示的表达式，以求得p_e的值。

特别地，步骤S610中，可将C_u表示为表达式(1)所示的以λ表示的表达式。

C_u=nlog₂(1+ρ|h_e|²)×p_e   表达式（1）

其中，

${\left|h_e\right|}^2={\left[\frac{2p_b}{{\mathrm{mr}}_c^2{p}_e}\mathrm{\&gamma;}(\frac{2}{m},r_c^m{\left|h_e\right|}^2)\right]}^{\frac{m}{2}}$    表达式（2）

$\mathrm{\&gamma;}(p,q)=\underset{0}{\overset{q}{\&Integral;}}{t}^{p-1}\exp (-t)\mathrm{dt}$    表达式（3）

其中，n为总的发送次数，i表达第i次发送，r_c为小区半径，m表示路损指数，h_e为表示信道状况信息的信道增益，为复数，在瑞利衰落信道中|h_e|²是均值为1的负指数分布，ρ代表了综合考虑了功率和信道状况的因子，ρ=G(1-λ)P/N，G为综合考虑了路损、天线增益和天线高度等因素影响的因子，其与

一起用来反映传输信道状况，N为高斯白噪声，P为总功率，γ(p,q)为不完全伽玛函数。

特别地，步骤S620中，可将K_B表示为表达式(4)所示的以λ表示的表达式。

$K_B=\frac{\mathrm{nS}}{{B\log }_2\left(\frac{r_c^m-{\mathrm{\&rho;}}_0\ln p_b}{r_c^m-(1-\mathrm{\&lambda;}){\mathrm{\&rho;}}_0\ln p_b}\right)}$    表达式（4）

其中，n为总的发送次数，S为需要发送的信息数，B为传输带宽，r_c为小区半径，m表示路损指数，ρ₀=GP/N表示综合考虑了功率和信道状况的因子，其中，G为综合考虑了包括路损、天线增益和天线高度的因素影响的因子，P为总功率，N为高斯白噪声，n为p_b的表达式，p_b为的λ表达式。

优选地，在步骤S721中，将第一用户选择比例p_b确定为使得总传输时延K_B最小时的以λ表示的表达式。更具体地，可通过在将K_B的表达式中的λ作为常量且将p_b作为变量的情况下，对表达式(4)求导，以求得使得总传输时延K_B最小时的p_b的值，此时p_b的值仍为λ表示的表达式。

优选地，在步骤S722中，将第一用户选择比例p_e确定为使得C_u最大时的取值。更具体地，可通过在将C_u的表达式中的λ作为常量且将p_e作为变量的情况下，对表达式(4)求导，以求得使得C_u最大时的p_e的值，此时的p_e的值仍为λ表示的表达式。

特别地，在步骤S740中，还可根据所求得的p_b的值，通过表达式(5)来计算用于发送基本流的发送速率v_b。

$v_b={\log }_2\left(\frac{r_c^m-{\mathrm{\&rho;}}_0\ln p_b}{r_c^m-(1-\mathrm{\&lambda;}){\mathrm{\&rho;}}_0\ln p_b}\right)$    表达式（5）

此外，在步骤S750中，还可根据所求得的p_b和p_e的值，通过表达式（6）来计算用于发送所述增强流的发送速率v_e。

v_e=log₂(1+ρ|h_e|²)   表达式（6）

此外，用户端的信道状况可以指基站了解到的小区中各用户端的瞬时信道状态信息、信道状态信息分布或各用户端所支持的接收速率等。但是在本发明中，基站仅需获得小区中各用户端的信道状况分布信息即可。

此外，也可通过别的方式确定p_b和/或p_e的以λ表示的表达式，例如，可以是预设的以λ表示的表达式。甚至，p_b和/或p_e的值也可以是预先设定的值，此时，无需执行步骤S721和S722。

本实施例中，将机会多播的技术方案融入到广播组播的分层调制技术中可以满足增大系统吞吐量并有效降低时延的要求。该实施例所提供的方案可以直接用于新一代无线移动通信系统IMT-A中，也可以应用于传统的蜂窝移动通信系统或与新兴的无线宽带接入系统(如无线局域网、无线城域网等)相结合，在未来的无线网络广播组播业务中具有广泛应用。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。此外，本发明的各实施例的技术手段可相互结合。

Claims (10)

1.一种用于无线广播组播分层调制的功率分配方法，发送端将功率λP分配给基本层信息流，将(1-λ)P分配给增强层信息流，以及每次以第一用户选择比例p_b发送所述基本层信息流以及以第二用户选择比例p_e发送所述增强层信息流，直到推定为收到所述基本层信息流的用户比例大于等于预定比例H时的发完时刻为止，λ表示功率分配因子，0<λ≤1，P为用于发送所述基本层信息流和所述增强层信息流的总功率，其特征在于，包括：

确定步骤，将λ的值确定为使得

最大时λ的取值，

其中，C_u为发完时刻增强层信息流的吞吐量，K_B为发完时刻的系统时延，以及C_u和K_B均为λ的表达式，H大于等于90%，以及

所述第一用户选择比例p_b是根据小区中用户端的信道状况推定为每次发送时能够成功接收到所发送的基本层信息流消息的用户端占所有要接收消息的用户端的比例，所述第二用户选择比例p_e是根据小区中用户端的信道状况推定为每次发送时能够接收到所发送的增强层信息流消息的用户端占所有要接收消息的用户端的比例。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

$K_B=\frac{\mathrm{nS}}{{B\log }_2\left(\frac{r_c^m-{\mathrm{\&rho;}}_0\ln p_b}{r_c^m-(1-\mathrm{\&lambda;}){\mathrm{\&rho;}}_0\ln p_b}\right)}$

其中，n为总的发送次数，S为需要发送的信息数，B为传输带宽，r_c为小区半径，m表示路损指数，ρ₀=GPN表示综合考虑了功率和信道状况的因子，其中，G为综合考虑了包括路损、天线增益和天线高度的因素影响的因子，N为高斯白噪声，n为以p_b表示的表达式，p_b为以λ表示的表达式。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

在所述确定步骤之前，在将K_B的表达式中的λ作为常量且将p_b作为变量的情况下，对根据K_B的表达式进行求导，将p_b的以λ表示的表达式确定为使得K_B最小时的以λ表示的表达式。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

在所述确定步骤之前，将p_b确定为使得K_B最小时的以λ表示的表达式；以及

在所述确定步骤之后，将所述确定步骤中所确定的λ的值带入所确定的p_b的以λ表示的表达式，以求得p_b的值。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

根据所求得的p_b的值，通过如下表达式来计算用于发送所述基本层信息流的发送速率v_b：

$v_b={\log }_2\left(\frac{r_c^m-{\mathrm{\&rho;}}_0\ln p_b}{r_c^m-(1-\mathrm{\&lambda;}){\mathrm{\&rho;}}_0\ln p_b}\right).$

其中，r_c为小区半径，m表示路损指数，ρ₀=GPN表示综合考虑了功率和信道状况的因子，其中，G为综合考虑了包括路损、天线增益和天线高度的因素影响的因子，N为高斯白噪声。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

在所述确定步骤之前，还将p_e确定为使得C_u最大时的以λ表示的表达式；

以及在所述确定步骤之后，还将所述确定步骤中所确定的λ的值带入所确定的p_e的以λ表示的表达式，以求得p_e的值。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

根据所求得的p_b和p_e的值，通过如下表达式来计算用于发送所述增强层信息流的发送速率v_e：

v_e=log₂(1+ρ|h_e|²)，

其中，

${\left|h_e\right|}^2={\left[\frac{{2p}_b}{{\mathrm{mr}}_c^2{p}_e}\mathrm{\&gamma;}(\frac{2}{m},r_c^m{\left|h_e\right|}^2)\right]}^{\frac{m}{2}},$

$\mathrm{\&gamma;}(p,q)=\underset{0}{\overset{q}{\&Integral;}}{t}^{p-1}\exp (-t)\mathrm{dt},$

以及，n为总的发送次数，r_c为小区半径，m表示路损指数，h_e为表示信道状况信息的信道增益，为复数，在瑞利衰落信道中|h_e|²是均值为1的负指数分布，ρ代表综合考虑了功率和信道状况的因子，ρ=G(1-λ)P/N，G为综合考虑包括路损、天线增益和天线高度的影响因素的因子，N为高斯白噪声，γ(p,q)为不完全伽玛函数。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

C_u=nlog₂(1+ρ|h_e|²)×p_e，

其中，

${\left|h_e\right|}^2={\left[\frac{2p_b}{{\mathrm{mr}}_c^2{p}_e}\mathrm{\&gamma;}(\frac{2}{m},r_c^m{\left|h_e\right|}^2)\right]}^{\frac{m}{2}},$

$\mathrm{\&gamma;}(p,q)=\underset{0}{\overset{q}{\&Integral;}}{t}^{p-1}\exp (-t)\mathrm{dt},$

以及，n为总的发送次数，r_c为小区半径，m表示路损指数，h_e为表示信道状况信息的信道增益，为复数，在瑞利衰落信道中|h_e|²是均值为1的负指数分布，ρ代表综合考虑了功率和信道状况的因子，ρ=G(1-λ)P/N，G为综合考虑包括路损、天线增益和天线高度的影响因素的因子，其与

一起用来反映传输信道状况，N为高斯白噪声，γ(p,q)为不完全伽玛函数，p_b和p_e为以λ表示的表达式。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，

在所述确定步骤之前，在将C_u的表达式中的λ作为常量且将p_e作为变量的情况下，对C_u的表达式进行求导，将p_e的以λ表示的表达式确定为使得C_u最大时的以λ表示的表达式。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定比例H大于等于95%，以及通过如下步骤来推定能够成功接收到所述基本层信息流的用户比例：

第一次发送所述基本层信息流后，推定为能够成功接收所述基本层信息流的用户比例为p_b，未能接收到所述基本层信息流的用户比例为1-p_b；

在第一次之后每次发送所述基本层信息流时，将能够成功接收到所发送的所述基本层信息流的用户比例推定为前一次发送时被推定为能够成功接收到所发送的所述基本层信息流的用户与前一次发送时被推定为未能成功接收到所述基本层信息流的用户比例乘以所述第一用户选择比例p_b之和。

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