CN102833057A - 一种多用户ofdm 资源分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多用户OFDM资源分配方法，其根据每个用户在每个OFDM符号内要求的最低比特数目和每个用户的平均信道增益，并利用能量有效化条件，调整分配给每个用户的子载波数目，再根据分配给每个用户的子载波，并利用能量有效化条件，调整分配给每个用户在每个子载波上的比特数，使得系统达到的功率最小，本发明方法不仅能满足每个用户的误比特率及最低比特要求，而且能够有效地降低系统的复杂度，仿真结果表明，在同样满足用户误比特率及比特要求的条件下，本发明方法与现有的一种经典分布式BABS-ACG方法相比功率可减小1～3dB。

Description

一种多用户OFDM 资源分配方法

技术领域

本发明涉及一种OFDM资源分配技术，尤其是涉及一种多用户OFDM资源分配方法。 

背景技术

随着用户对多媒体业务需求的增加和互联网的迅猛发展，下一代无线通信系统必须采用效率更高、抗干扰能力更强的新型技术。而在当前提供的高速无线传输解决方案中，正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）技术由于其频谱利用率高、抗衰落能力强，且在频率选择性衰落中能进行高速传输等优势被认为最有前途的方案之一。OFDM系统中资源分配问题是保证用户服务质量、提高系统容量和频谱利用率的重要手段，成为很多学者研究的热点。 

在OFDM系统中，子载波、比特、功率都是可以优化使用的资源，需要合理的分配才能使OFDM系统达到最佳性能。根据优化目标的不同，OFDM自适应资源分配分为速率自适应（Rate Adaptive，RA）和边缘自适应（Margin Adaptive，MA）两个优化准则。RA准则为OFDM系统的总发射功率一定，在满足误比特率要求的条件下，调整功率分配，使OFDM系统的数据传输速率达到最大；MA准则为OFDM系统的数据传输速率一定，在满足误比特率要求的条件下，自适应分配比特，使整个OFDM系统的发射功率最小。针对RA问题，许多典型的OFDM自适应资源分配方法被提出，如基于最大-最小准则的公平资源分配方法、基于比例公平的分配资源方法、基于权重的资源分配方法等，这些方法在考虑OFDM系统容量的同时还兼顾了用户的公平性。针对MA问题，由于其联合优化问题是很复杂的，因此很多研究工作是着重于寻找性能次优、复杂度较低的方法，总体可分为凸优化方法、启发式方法及分布式方法三种，其中，凸优化方法是利用凸优化理论中的对偶理论、分解理论将一个复杂的问题转化为若干个独立的子问题，并通过对子问题的求解获得原问题的解；启发式方法是利用仿生算法，如遗传算法、蚁群算法、粒子群算法等，追求在一定复杂度下求得问题的近似解；分布式方法是将功率、比特及子载波联合分配的问题分别进行考虑，固定其中某种资源分配方式，对其余的资源进行分配。其中，比较经典的一种资源分布式方法是BABS ACG方法， 该方法的主要过程大致为：第一步资源分配，根据用户的平均信道增益确定每个用户应该分配的子载波数目；第二步子载波分配，在第一步为每个用户确定子载波数目的基础上为其分配具体的子载波；最后在每个用户分配的子载波上进行单用户的功率和比特分配。然而，该方法为每个用户分配子载波数目时是逐个分配的，直到所有的子载波分配完毕，当子载波数量很大，而用户数量相对较小时，这种分配方式的效率是很低的，而且针对子载波分配，实际中还存在这样的问题：如果某个用户需要的子载波数很多，而这个用户在大部分子载波上的增益与其他用户在这些子载波上的增益相比都不是最大的，那么将可能导致该用户会被分配信道增益很小的子载波。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种多用户OFDM资源分配方法，其能够有效提高分配效率、降低OFDM系统的复杂度，而且能够很好地满足每个用户的误比特率及最低比特要求，能够为信道条件较差的用户分配信道增益较大的子载波。 

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种多用户OFDM资源分配方法，其特征在于包括以下步骤： 

①根据每个用户在每个OFDM符号内要求的最低比特数目，确定预分配给每个用户的子载波数目，将预分配给第k个用户的子载波数目记为N_k'，其中，1≤k≤K，K表示用户总数； 

②根据预分配给每个用户的子载波数目和每个用户的平均信道增益，并利用能量有效化条件，对预分配给每个用户的子载波数目进行调整，得到最终分配给每个用户的子载波数目，将最终分配给第k个用户的子载波数目记为M_k， 

其中，N表示子载波总数； 

③根据最终分配给每个用户的子载波数目，为每个用户找出最优的信道对应的子载波； 

④根据步骤③分配给每个用户的子载波和每个用户在每个OFDM符号内要求的最低比特数目，确定平均预分配给每个用户在分配给其的每个子载波上的比特数，然后对剩余的未被分配的比特数进行随机分配，对于第k个用户，将平均预分配给其在M_k个子载波中的每个子载波上的比特数记为 

然后将剩余的 

个比特数在M_k个子载波上随机分配，将预分配给第k个用户在M_k个子载波中的第i个子载波上的比特数记为 

其中，R_k表示第k个用户在每个OFDM符号内要求的最低比特数目， 

为向下取整符号； 

⑤利用能量有效化条件，对步骤④确定的预分配给每个用户在其的每个子载波上的比特数进行调整，得到最终分配给每个用户在分配给其的每个子载波上的比特数，对于第k个用户在M_k个子载波中的第i个子载波上，将最终分配给其的比特数记为 

$\underset{i=1}{\overset{M_k}{\mathrm{\Σ}}}{R}_k^i=R_k.$

所述的步骤①中确定预分配给每个用户的子载波数目的具体过程为： 

①-1、假设K个用户在每个OFDM符号内要求的最低比特数目分别为R₁,R₂,…,R_k,…,R_K，则确定初始分配给K个用户的子载波数目分别为N₁,N₂,…,N_k,…,N_K，对于K个用户中的第k个用户，根据其在每个OFDM符号内要求的最低比特数目R_k，确定初始分配给其的子载波数目 

其中，1≤k≤K，K表示用户总数，R₁表示第1个用户在每个OFDM符号内要求的最低比特数目，R₂表示第2个用户在每个OFDM符号内要求的最低比特数目，R_K表示第K个用户在每个OFDM符号内要求的最低比特数目，N₁表示初始分配给第1个用户的子载波数目，N₂表示初始分配给第2个用户的子载波数目，N_K表示初始分配给第K个用户的子载波数目， 

为向下取整符号，N表示子载波总数，R_i表示第i个用户在每个OFDM符号内要求的最低比特数目； 

①-2、根据初始分配给K个用户的子载波数目，计算初始未被分配的子载波数目，记为N^*， $N^{*}=N-\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{N}_k;$

①-3、将初始未被分配的子载波数目N^*随机分配给K个用户，得到预分配给每个用户的子载波数目，将预分配给第k个用户的子载波数目记为N_k'。 

所述的步骤②中最终分配给每个用户的子载波数目的获取过程为： 

②-1、根据每个用户在每个OFDM符号内要求的最低比特数目和预分配给每个用户的子载波数目，计算每个用户在预分配给其的子载波数目上分配的平均比特数，对于第k个用户，将第k个用户在预分配给其的子载波数目N_k'上分配的平均比特数记为 

其中，1≤k≤K，K表示用户总数，R_k表示第k个用户在每个OFDM符号内要求的最低比特数目，N_k'表示预分配给第k个用户的子载波数目； 

②-2、计算每个用户的平均信道增益，对于第k个用户，将其平均信道增益记为g_k， 

其中，N表示子载波总数，g_k，n表示第k个用户在第n个子载波上的信道增益幅度值，符号“||”为绝对值符号； 

②-3、根据每个用户在预分配给其的子载波数目上分配的平均比特数和每个用户的平均信道增益，分别计算每个用户在预分配给其的子载波数目上减少一个子载波、增加一个子载波所带来的功率差值，对于第k个用户，将第k个用户在预分配给其的子载波数目N_k′上减少一个子载波、增加一个子载波所带来的功率差值对应的记为Δe(N_k')和Δe(N_k'+1)， $\mathrm{\Δe}\left({N_k}^{\′}\right)=\frac{{N_k}^{\′}}{g_k}\×f\left({\stackrel{\‾}{b}}_k\right)-\frac{({N_k}^{\′}-1)}{g_k}\×f\left(\frac{R_k}{{N_k}^{\′}-1}\right),$ $\mathrm{\Δe}({N_k}^{\′}+1)=\frac{({N_k}^{\′}+1)}{g_k}\×f\left(\frac{R_k}{{N_k}^{\′}+1}\right)-\frac{{N_k}^{\′}}{g_k}\×f\left({\stackrel{\‾}{b}}_k\right),$ 其中， 

表示当信道增益为1时第k个用户在N_k'个子载波的每个子载波上加载 

个比特所需的功率， 

表示当信道增益为1时第k个用户在N_k'-1个子载波的每个子载波上加载 

个比特所需的功率， 表示当信道增益为1时第k个用户在N_k'+1个子载波的每个子载波上加载 

个比特所需的功率； 

②-4、判断所有用户是否满足能量有效化条件： (i,j∈{1,2,...,K})，如果满足，则确定最终分配给每个用户的子载波数目，将最终分配给第k个用户的子载波数目记为M_k，M_k=N_k'，否则，继续执行步骤②-5，其中，M_k=N_k'中的“＝”为赋值符号，Δe(N_i')表示第i个用户在子载波数目N_i'上减少一个子载波所带来的功率差值，Δe(N_j'+1)表示第j个用户在子载波数目N_i'上增加一个子载波所带来的功率差值， 

表示在所有用户中第i个用户在子载波数目N_i'上减少一个子载波所带来的功率差值Δe(N_i')是最大的， 

表示在所有用户中第j个用户在子载波数目N_j'上增加一个子载波所带来的功率差值Δe(N_j'+1)是最小的； 

②-5、令N_i'=N_i′-1，N_j'=N_j'+1，然后对 

Δe(N_i′)、Δe(N_i'+1)、Δe(N_j′)和Δe(N_j'+1)进行更新， ${\stackrel{\‾}{b}}_i=\frac{R_i}{{N_i}^{\′}},$ ${\stackrel{\‾}{b}}_j=\frac{R_j}{{N_j}^{\′}},$ $\mathrm{\Δe}\left({N_i}^{\′}\right)=\frac{{N_i}^{\′}}{g_i}\×f\left({\stackrel{\‾}{b}}_i\right)-\frac{({N_i}^{\′}-1)}{g_i}\×f\left(\frac{R_i}{{N_i}^{\′}-1}\right),$

$\mathrm{\Δe}({N_i}^{\′}+1)=\frac{({N_i}^{\′}+1)}{g_i}\×f\left(\frac{R_i}{{N_i}^{\′}+1}\right)-\frac{{N_i}^{\′}}{g_i}\×f\left({\stackrel{\‾}{b}}_i\right),$

$\mathrm{\Δe}\left({N_j}^{\′}\right)=\frac{{N_j}^{\′}}{g_j}\×f\left({\stackrel{\‾}{b}}_j\right)-\frac{({N_j}^{\′}-1)}{g_j}\×f\left(\frac{R_j}{{N_j}^{\′}-1}\right),$

$\mathrm{\Δe}({N_j}^{\′}+1)=\frac{({N_j}^{\′}+1)}{g_j}\×f\left(\frac{R_j}{{N_j}^{\′}+1}\right)-\frac{{N_j}^{\′}}{g_j}\×f\left({\stackrel{\‾}{b}}_j\right),$ 再返回步骤②-4继续执行，其中，N_i'=N_i'-1和N_j'=N_j'+1中的“＝”为赋值符号， 

表示第i个用户在子载波数目N_i'上分配的平均比特数， 表示第j个用户在子载波数目N_j'上分配的平均比特数，R_i表示第i个用户在每个OFDM符号内要求的最低比特数目，R_j表示第j个用户在每个OFDM符号内要求的最低比特数目，Δe(N_i'+1)表示第i个用户在子载波数目N_i'上增加一个子载波所带来的功率差值，Δe(N_j')表示第j个用户在子载波数目N_j'上减少一个子载波所带来的功率差值，g_i和g_j分别表示第i个用户和第j个用户的平均信道增益， 表示 当信道增益为1时第i个用户在N_i'个子载波的每个子载波上加载 

个比特所需的功率， 

表示当信道增益为1时第i个用户在N_i'-1个子载波的每个子载波上加载 

个比特所需的功率， 

表示当信道增益为1时第i个用户在N_i'+1个子载波的每个子载波上加载 

个比特所需的功率， 表示当信道增益为1时第j个用户在N_j'个子载波的每个子载波上加载 

个比特所需的功率， 

表示当信道增益为1时第j个用户在N_j'-1个子载波的每个子载波上加载 

个比特所需的功率， 表示当信道增益为1时第j个用户在N_j'+1个子载波的每个子载波上加载 

个比特所需的功率。 

所述的步骤③的具体过程为： 

③-1、将K个用户在与N个信道一一对应的N个子载波上的信道增益矩阵记为[g_k,n]_KxN，其中，1≤k≤K，K表示用户总数，1≤n≤N，N表示子载波总数，g_k,n为[g_k，n]_KxN中的第k行第n列的元素，其表示第k个用户在与第n个信道对应的子载波上的信道增益幅度值； 

③-2、从[g_k,n]_KxN中为K个用户中的每个用户找出与最终分配给每个用户的子载波数目相同个数的且值相对最大的信道增益幅度值，对于第k个用户，从[g_k，n]_KxN中找出M_k个值相对最大的信道增益幅度值； 

③-3、根据找出的每个用户对应的所有值相对最大的信道增益幅度值，为每个用户首次分配子载波，对于第k个用户，将找出的M_k个值相对最大的信道增益幅度值一一对应的M_k个信道中由第k个用户唯一占有的 

个信道一一对应的 

个子载波分配 给第k个用户，并根据M_k计算第k个用户还需要的子载波数目，记为 

${N^{\′}}_{C_k}=M_k-N_{C_k};$

③-4、从剩下的被多个用户同时占有或未被任何一个用户占有的所有信道中，找出每个信道对应的值最大的信道增益幅度值，并将该信道对应的子载波分配给该信道对应的值最大的信道增益幅度值所对应的用户，假设第n^*个信道被多个用户同时占有或未被任何一个用户占有，并假设第n^*个信道对应的值最大的信道增益幅度值为 则将第n^*个信道对应的子载波分配给第k个用户，其中，1≤n^*≤N； 

③-5、判断分配给每个用户的子载波的个数是否已达到步骤②中确定的最终分配给每个用户的子载波数目，如果是，则认为该用户不能再要求分配额外的子载波，然后执行步骤④，否则，返回步骤③-4继续执行。 

所述的步骤⑤中最终分配给第k个用户在分配给其的第i个子载波上的比特数 的获取过程为： 

⑤-1、令 

的初始值为 

计算第k个用户在分配给其的第i个子载波上的比特数为 

时与第k个用户在分配给其的第i个子载波上减少一个比特数后的功率差值，记为 

其中， 

表示当信道增益为1时第k个用户在分配给其的第i个子载波上的比特数为 时的功率， 

表示当信道增益为1时第k个用户在分配给其的第i个子载波上减少一个比特数后的功率，g_k，i表示第k个用户在分配给其的第i个子载波上的信道增益幅度值； 

⑤-2、计算第k个用户在分配给其的第i个子载波上增加一个比特数后与第k个用户在分配给其的第i个子载波上的比特数为 

时的功率差值，记为 

其中， 

表示当信道增益为1时第k个用户在分配给其的第i个子载波上增加一个比特数后的功率； 

⑤-3、判断第k个用户是否满足能量有效化条件： $\begin{array}{c}\underset{m}{\max }\left[e_k^m\left(R_k^m\right)\right]\≤\underset{n}{\min }\left[e_k^n(R_k^n+1)\right]\\ m,n\∈\{\mathrm{1,2},...,M_k\}\end{array},$ 如果满足，则确定最终分配给第k个用户在分配给其的第i个子载波上的比特数为 

否 则，继续执行步骤⑤-4，其中， 

表示第k个用户在分配给其的第m个子载波上的比特数， 

表示第k个用户在分配给其的第n个子载波上的比特数， 的初始值为 

的初始值为 

表示第k个用户在分配给其的第m个子载波上的比特数为 

时与第k个用户在分配给其的第m个子载波上减少一个比特数后的功率差值， 

表示第k个用户在分配给其的第n个子载波上增加一个比特数后与第k个用户在分配给其的第n个子载波上的比特数为 

时的功率差值， 表示第k个用户在M_k个子载波中的第m个子载波上增加一个比特数后与第k个用户在分配给其的第m个子载波上的比特数为 

时的功率差值 

是最大的， 

表示第k个用户在M_k个子载波中的第n个子载波上增加一个比特数后与第k个用户在分配给其的第n个子载波上的比特数为 

时的功率差值 

是最小的； 

⑤-4、令 $R_k^m=R_k^m+1,R_k^n=R_k^n-1,$ 然后对 

和 进行更新， $e_k^m\left(R_k^m\right)=f\left(R_k^m\right)/g_{k,m}^2-f(R_k^m-1)/g_{k,m}^2,$

$e_k^m(R_k^m+1)=f(R_k^m+1)/g_{k,m}^2-f\left(R_k^m\right)/g_{k,m}^2,$ $e_k^n\left(R_k^n\right)=f\left(R_k^n\right)/g_{k,n}^2-f(R_k^n-1)/g_{k,n}^2,$

$e_k^n(R_k^n+1)=f(R_k^n+1)/g_{k,n}^2-f\left(R_k^n\right)/g_{k,n}^2,$ 再返回步骤⑤-3继续执行，其中， 

中的“=”为赋值符号， 

表示第k个用户在分配给其的第m个子载波上增加一个比特数后与第k个用户在分配给其的第m个子载波上的比特数为 

时的功率差值， 

表示第k个用户在分配给其的第n个子载波上的比特数为 

时与第k个用户在分配给其的第n个子载波上减少一个比特数后的功率差值， 

表示当信道增益为1时第k个用户在分配给其的第m个子载波上的比特数为 时的功率， 

表示当信道增益为1时第k个用户在分配给其的第m个子载波上减少一个比特数后的功率， 

表示当信道增益为1时第k个用户在分配给其的第m个子载波上增加一个比特数后的功率， 表示当信道增益为1时第k个用户在分配给其的第 n个子载波上的比特数为 

时的功率， 

表示当信道增益为1时第k个用户在分配给其的第n个子载波上减少一个比特数后的功率， 

表示当信道增益为1时第k个用户在分配给其的第n个子载波上增加一个比特数后的功率，g_k，m和g_k，n分别表示第k个用户在分配给其的第m个子载波和第n个子载波上的信道增益幅度值。 

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明方法在给每个用户分配子载波数目的过程中，是先根据每个用户在每个OFDM符号内要求的最低比特数目给每个用户分配子载波数目，然后利用能量有效化条件调整分配给每个用户的子载波数目，使每个用户被分配合适的子载波数目，相对于现有的BABS-ACG方法，本发明方法在子载波数目很多时，效率会明显提高；在子载波分配过程中，是根据用户对应的信道增益矩阵，从横向、纵向找最优的子载波分配，相比BABS-ACG方法仅从纵向找子载波分配，性能更好，这是因为在子载波分配过程中能够使得信道条件较差的用户也能分配信道增益较大的子载波；在比特分配过程中，是先在每个用户所分配的子载波上平均分配，再根据能量有效化条件进行调整，使得每个用户达到最优功率分配，相对于BABS-ACG方法中最优的贪婪算法比特加载，效率也会提高；因此，本发明方法不仅能满足各用户的误比特率及最低比特要求，而且能够有效地降低系统的复杂度，仿真结果表明，在同样满足用户误比特率及最低比特要求的条件下，本发明方法与现有的BABS-ACG方法相比功率可减小1～3dB。 

附图说明

图1为不同用户条件下，在满足相同的误比特率及用户最低比特要求时本发明方法与现有的经典分布式BABS-ACG方法及静态分配OFDM-FDMA方法的传输功率比较示意图； 

图2为用户数为8，不同传输功率条件下，本发明方法与现有的经典分布式BABS-ACG方法及静态分配OFDM-FDMA方法的误比特率与传输功率关系示意图。 

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。 

本发明提出的一种多用户OFDM资源分配方法的目标是最小化系统的功率，同时满足不同用户的误比特率及最低比特要求，其是建立在OFDM下行链路的最优资源分 配模型的基础上的，最优资源分配模型如下： 

$\begin{array}{c}s.t.\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{c}_{k,n}\≥R_k,k=\mathrm{1,2},...,K---\left(a\right)\\ \underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{c}_{k,n}{c}_{l,n}=0,k,l=\mathrm{1,2},...,K,k\≠l---\left(b\right)\end{array},$ 其中，N为总的子载波数，K为总的用户数，c_k,n为第k个用户在第n个子载波上的比特数， 

表示当信道增益为1时第k个用户在第n个载波上加载c_k,n比特所需要的功率， 

Γ_k表示实际通信系统传输速率和信道极限容量之间的差距，是与误比特率有关的参量，δ²为高斯白噪声功率,g_k，n为第k个用户在第n个子载波上的信道增益幅度值，D为c_k,n的取值范围，D={0,1,2,...,M}，M为子载波调制允许的最大信息比特数，M的值是根据具体的调制方式确定的，其是一个确定的常数，R_k为第k个用户在每个OFDM符号内要求的最低比特数目，c_l，n为第l个用户在第n个子载波上的比特数，条件(a)表示每个用户在每个OFDM符号需要达到的最低比特数目，条件(b)表示两个用户不能同时占用同一个信道。 

本发明方法还提出了能量有效化条件，假设信道中比特数分配矢量为b=[b₁ b₂...b_N]，E(b_n)为第n个信道中比特的能量(n∈{1,2,...,N})，每次加载的最小信息粒度即比特单位为β，记e(b_n)=E(b_n)-E(b_n-β)，e(b_n+β)=E(b_n+β)-E(b_n)，e(b_n)表示所有信道中第n个信道减少β比特单位需要的能量增量，e(b_n+β)表示所有信道中第n个信道增加β比特单位需要的能量增量。如果信道中比特分配满足： 

其中m,n∈{1,2,...,N}， 

表示所有信道中第n个信道减少β比特单位的能量增量最大， 

所有信道中第m个信道增加β比特单位的能量增量最小，则信道中的比特分布达到了能量有效性，信道中再没有比特的交换能使总的符号能量减小。这是因为：假设有N个信道，当前每个信道减少一个信息粒度β减少的能量为e(b_k)(k=1,2,...,N)，每个信道增加一个信息粒度β增加的能量为e(b_k+β)(k=1,2,...,N)，如果 

成立，则对于任意的信道，将 第i个信道中减少的一个信息粒度β加载到第j个信道中去，将会有  $e\left(b_i\right)<\underset{n}{\max }\left[e\left(b_n\right)\right]\&le;\underset{m}{\min }\left[e(b_m+\mathrm{\&beta;})\right]<e(b_j+\mathrm{\&beta;})$ （i,j,m,n∈{1,2,...,N}），各个信道中的比特再交换就会增加总的符号能量，因此信道中的比特分布已达到了能量有效性，信道中再没有比特的交换能减小总的符号能量。反之，如果 

不成立，则信道中比特的交换可以减小总的符号能量，信道的分布未达到能量有效性。 

本发明方法具体包括以下步骤： 

①根据每个用户在每个OFDM符号内要求的最低比特数目，确定预分配给每个用户的子载波数目，将预分配给第k个用户的子载波数目记为N_k'，其中，1≤k≤K，K表示用户总数。 

在此具体实施例中，步骤①中确定预分配给每个用户的子载波数目的具体过程为：

①-1、假设K个用户在每个OFDM符号内要求的最低比特数目分别为R₁,R₂,…,R_k,…,R_K，则确定初始分配给K个用户的子载波数目分别为N₁,N₂,…,N_k,…,N_K，对于K个用户中的第k个用户，根据其在每个OFDM符号内要求的最低比特数目R_k，确定初始分配给其的子载波数目 

其中，1≤k≤K，K表示用户总数，R₁表示第1个用户在每个OFDM符号内要求的最低比特数目，R₂表示第2个用户在每个OFDM符号内要求的最低比特数目，R_K表示第K个用户在每个OFDM符号内要求的最低比特数目，N₁表示初始分配给第1个用户的子载波数目，N₂表示初始分配给第2个用户的子载波数目，N_K表示初始分配给第K个用户的子载波数目， 

为向下取整符号，N表示子载波总数，R_i表示第i个用户在每个OFDM符号内要求的最低比特数目。 

①-2、根据初始分配给K个用户的子载波数目，计算初始未被分配的子载波数目，记为N^*， $N^{*}=N-\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\&Sigma;}}}{N}_k.$

①-3、将初始未被分配的子载波数目N^*随机分配给K个用户，得到预分配给每个用户的子载波数目，将预分配给第k个用户的子载波数目记为N_k'。 

如：假设有N=8个子载波，K=2个用户，第1个用户在每个OFDM符号内要求的最低比特数目R₁为20比特，第2个用户在每个OFDM符号内要求的最低比特数目R₂为40比特，那么初始分配给第1个用户的子载波数目  $N_1=[N\&times;R_1/\underset{i=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}{R}_i]=[8\&times;20/(20+40)]=2,$ 初始分配给第2个用户的子载波数目  $N_2=[N\&times;R_2/\underset{i=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}{R}_i]=[8\&times;40/(20+40)]=5,$ 再计算初始未被分配的子载波数目 

剩下的1个子载波随机分配给两个用户中的一个，如果随机分配给第1个用户，则预分配给第1个用户的子载波数目N₁'=3，如果随机分配给第2个用户，则预分配给第2个用户的子载波数目N₂'=6。 

②根据预分配给每个用户的子载波数目和每个用户的平均信道增益，并利用能量有效化条件，对预分配给每个用户的子载波数目进行调整，以使得 

最小，从而得到最终分配给每个用户的子载波数目，将最终分配给第k个用户的子载波数目记为M_k，即调整后第k个用户的子载波数目由N_k'变为M_k， 

其中，N表示子载波总数， 

表示信道增益为1时第k个用户在N_k'个子载波的每个子载波上加载 

个比特所需的功率，g_k表示第k个用户的平均信道增益，即第k个用户分配的N′_k个子载波对应的信道增益都是g_k，在每个子载波所对应的信道增益上的功率为 

N′_k个子载波上所对应的信道增益功率为 

所有用户在所有子载波上对应的信道增益上的功率为 

在此具体实施例中，步骤②中最终分配给每个用户的子载波数目的获取过程为： 

②-1、根据每个用户在每个OFDM符号内要求的最低比特数目和预分配给每个用户的子载波数目，计算每个用户在预分配给其的子载波数目上分配的平均比特数，对于第 k个用户，将第k个用户在预分配给其的子载波数目N_k'上分配的平均比特数记为 

其中，1≤k≤K，K表示用户总数，R_k表示第k个用户在每个OFDM符号内要求的最低比特数目，N_k'表示预分配给第k个用户的子载波数目。 

②-2、计算每个用户的平均信道增益，对于第k个用户，将其平均信道增益记为g_k， 其中，N表示子载波总数，g_k，n表示第k个用户在第n个子载波上的信道增益幅度值，符号“||”为绝对值符号。 

②-3、根据每个用户在预分配给其的子载波数目上分配的平均比特数和每个用户的平均信道增益，分别计算每个用户在预分配给其的子载波数目上减少一个子载波、增加一个子载波所带来的功率差值，对于第k个用户，将第k个用户在预分配给其的子载波数目N_k'上减少一个子载波、增加一个子载波所带来的功率差值对应的记为Δe(N_k')和Δe(N_k'+1)， $\mathrm{\&Delta;e}\left({N_k}^{\&prime;}\right)=\frac{{N_k}^{\&prime;}}{g_k}\&times;f\left({\stackrel{\&OverBar;}{b}}_k\right)-\frac{({N_k}^{\&prime;}-1)}{g_k}\&times;f\left(\frac{R_k}{{N_k}^{\&prime;}-1}\right),$ $\mathrm{\&Delta;e}({N_k}^{\&prime;}+1)=\frac{({N_k}^{\&prime;}+1)}{g_k}\&times;f\left(\frac{R_k}{{N_k}^{\&prime;}+1}\right)-\frac{{N_k}^{\&prime;}}{g_k}\&times;f\left({\stackrel{\&OverBar;}{b}}_k\right),$ 其中， 

表示当信道增益为1时第k个用户在N_k'个子载波的每个子载波上加载 个比特所需的功率， 

表示当信道增益为1时第k个用户在N_k'-1个子载波的每个子载波上加载 

个比特所需的功率， 

表示当信道增益为1时第k个用户在N_k'+1个子载波的每个子载波上加载 个比特所需的功率。 

②-4、判断所有用户是否满足能量有效化条件： 

(i,j∈{1,2,...,K})，如果满足，则确定最终分配给每个用户的子载波数目，将最终分配给第k个用户的子载波数目记为M_k，M_k=N_k'，否则，继 续执行步骤②-5，其中，M_k=N_k'中的“＝”为赋值符号，Δe(N_i')表示第i个用户在子载波数目N_i'上减少一个子载波所带来的功率差值，Δe(N_j'+1)表示第j个用户在子载波数目N_i'上增加一个子载波所带来的功率差值， 

表示在所有用户中第i个用户在子载波数目N_i'上减少一个子载波所带来的功率差值Δe(N_i')是最大的， 

表示在所有用户中第j个用户在子载波数目N_j'上增加一个子载波所带来的功率差值Δe(N_j'+1)是最小的； 

②-5、令N_i'=N_i′-1，N_j'=N_j'+1，然后对 

Δe(N_i′)、Δe(N_i'+1)、Δe(N_j′)和Δe(N_j'+1)进行更新， ${\stackrel{\&OverBar;}{b}}_i=\frac{R_i}{{N_i}^{\&prime;}},$ ${\stackrel{\&OverBar;}{b}}_j=\frac{R_j}{{N_j}^{\&prime;}},$ $\mathrm{\&Delta;e}\left({N_i}^{\&prime;}\right)=\frac{{N_i}^{\&prime;}}{g_i}\&times;f\left({\stackrel{\&OverBar;}{b}}_i\right)-\frac{({N_i}^{\&prime;}-1)}{g_i}\&times;f\left(\frac{R_i}{{N_i}^{\&prime;}-1}\right),$

$\mathrm{\&Delta;e}({N_i}^{\&prime;}+1)=\frac{({N_i}^{\&prime;}+1)}{g_i}\&times;f\left(\frac{R_i}{{N_i}^{\&prime;}+1}\right)-\frac{{N_i}^{\&prime;}}{g_i}\&times;f\left({\stackrel{\&OverBar;}{b}}_i\right),$

$\mathrm{\&Delta;e}\left({N_j}^{\&prime;}\right)=\frac{{N_j}^{\&prime;}}{g_j}\&times;f\left({\stackrel{\&OverBar;}{b}}_j\right)-\frac{({N_j}^{\&prime;}-1)}{g_j}\&times;f\left(\frac{R_j}{{N_j}^{\&prime;}-1}\right),$

$\mathrm{\&Delta;e}({N_j}^{\&prime;}+1)=\frac{({N_j}^{\&prime;}+1)}{g_j}\&times;f\left(\frac{R_j}{{N_j}^{\&prime;}+1}\right)-\frac{{N_j}^{\&prime;}}{g_j}\&times;f\left({\stackrel{\&OverBar;}{b}}_j\right),$ 再返回步骤②-4继续执行，其中，N_i'=N_i'-1和N_j'=N_j'+1中的“＝”为赋值符号， 

表示第i个用户在子载波数目N_i'上分配的平均比特数， 

表示第j个用户在子载波数目N_j'上分配的平均比特数，R_i表示第i个用户在每个OFDM符号内要求的最低比特数目，R_j表示第j个用户在每个OFDM符号内要求的最低比特数目，Δe(N_i'+1)表示第i个用户在子载波数目N_i'上增加一个子载波所带来的功率差值，Δe(N_j')表示第j个用户在子载波数目N_j'上减少一个子载波所带来的功率差值，g_i和g_j分别表示第i个用户和第j个用户的平均信道增益， 

表示当信道增益为1时第i个用户在N_i'个子载波的每个子载波上加载 个比特所需的功率， 

表示当信道增益为1时第i个用户在N_i'-1个子载波的每个子载波上加载 

个比特所需的功率， 

表示当信道增益为1时第i个用户在N_i'+1个子载波的每个子载波上加载 

个比特所需的功率， 表示当信道增益为1时第j个用户在N_j'个子载波的每个子载波上加载 

个比特所需的功率， 

表示当信道增益为1时第j个用户在N_j'-1个子载波的每个子载波上加载 

个比特所需的功率， 

表示当信道增益为1时第j个用户在N_j'+1个子载波的每个子载波上加载 个比特所需的功率。 

③根据最终分配给每个用户的子载波数目，为每个用户找出最优的信道对应的子载波。 

在此具体实施例中，步骤③的具体过程为： 

③-1、将K个用户在与N个信道一一对应的N个子载波上的信道增益矩阵记为[g_k,n]_KxN，其中，1≤k≤K，K表示用户总数，1≤n≤N，N表示子载波总数，g_k,n为[g_k，n]_KxN中的第k行第n列的元素，其表示第k个用户在与第n个信道对应的子载波上的信道增益幅度值。 

③-2、从[g_k,n]_KxN中为K个用户中的每个用户找出与最终分配给每个用户的子载波数目相同个数的且值相对最大的信道增益幅度值，对于第k个用户，从[g_k，n]_KxN中找出M_k个值相对最大的信道增益幅度值。 

③-3、根据找出的每个用户对应的所有值相对最大的信道增益幅度值，为每个用户首次分配子载波，对于第k个用户，将找出的M_k个值相对最大的信道增益幅度值一一对应的M_k个信道中由第k个用户唯一占有的 

个信道一一对应的 

个子载波分配给第k个用户，并根据M_k计算第k个用户还需要的子载波数目，记为 

${N^{\&prime;}}_{C_k}=M_k-N_{C_k}.$

③-4、从剩下的被多个用户同时占有或未被任何一个用户占有的所有信道中，找出每个信道对应的值最大的信道增益幅度值，并将该信道对应的子载波分配给该信道对应的值最大的信道增益幅度值所对应的用户，假设第n^*个信道被多个用户同时占有或未被任何一个用户占有，并假设第n^*个信道对应的值最大的信道增益幅度值为 则将第n^*个信道对应的子载波分配给第k个用户，其中，1≤n^*≤N。 

③-5、判断分配给每个用户的子载波的个数是否己达到步骤②中确定的最终分配给每个用户的子载波数目，如果是，则认为该用户不能再要求分配额外的子载波，然后执行步骤④，否则，返回步骤③-4继续执行。 

如：假设有K＝2个用户，N＝4个子载波，并根据步骤①和步骤②确定最终分配给第1个用户的子载波数目M₁＝2，及最终分配给第2个用户的子载波数目M₂＝2，信道增益矩阵为 ${\left[g_{k,n}\right]}_{2\&times;4}=\left[\begin{array}{cccc}0.8& 0.6& 0.7& 0.5\\ 0.9& 0.7& 0.5& 0.8\end{array}\right]$ (信道增益矩阵中的每行表示每个用户在所对应的子载波上的信道增益幅度值，每列表示信道，信道与子载波一一对应)，从行开始针对第1个用户会找到0.8、0.7所对应的子载波，针对第2个用户会找0.9、0.8所对应的子载波，这样的话第1个用户和第2个用户在第1列上同时占有子载波，出现了冲突(每个子载波只能被一个用户占有)，出现了冲突后暂时不考虑，这样第1个用户此时占有的就是0.7所对应的子载波，第2个用户此时占有的就是0.8所对应的子载波，那么第1个用户还差2-1＝1个子载波，第2个用户还差2-1＝1个子载波，接着在剩下的出现了冲突或未被任何一个用户占有的子载波上，也就是第1列和第2列上来进行选择了，此时纵向看，也就是从列开始比较，第1列最大的是0.9，所以该列对应的子载波被第2个用户占有，此时第2个用户总共分得2个子载波，己满足了，再不能要求多的子载波了，第2列所对应的子载波自然是分配给第1个用户了，第1个用户此时也被分配了2个子载波了。 

④根据步骤③分配给每个用户的子载波和每个用户在每个OFDM符号内要求的最低比特数目，确定平均预分配给每个用户在分配给其的每个子载波上的比特数，然后对剩余的未被分配的比特数进行随机分配，对于第k个用户，将平均预分配给其在M_k个子载波中的每个子载波上的比特数记为 

然后将剩余的 个比特数在M_k个子载波上随机分配，将预分配给第k个用户在M_k个子载波中的第i个 子载波上的比特数记为 

其中，R_k表示第k个用户在每个OFDM符号内要求的最低比特数目， 

为向下取整符号。 

⑤利用能量有效化条件，对步骤④确定的预分配给每个用户在其的每个子载波上的比特数进行调整，得到最终分配给每个用户在分配给其的每个子载波上的比特数，对于第k个用户在M_k个子载波中的第i个子载波上，将最终分配给其的比特数记为 

在此，确定的最终分配给每个用户在分配给其的每个子载波上的比特数为最优分配，可使得每个用户所需要的传输功率最小，因此，可以使得系统传输的总功率最小。 

在此具体实施例中，步骤⑤中最终分配给第k个用户在分配给其的第i个子载波上的比特数 

的获取过程为： 

⑤-1、令 

的初始值为 

计算第k个用户在分配给其的第i个子载波上的比特数为 

时与第k个用户在分配给其的第i个子载波上减少一个比特数后的功率差值，记为 

其中， 

表示当信道增益为1时第k个用户在分配给其的第i个子载波上的比特数为 时的功率， 

表示当信道增益为1时第k个用户在分配给其的第i个子载波上减少一个比特数后的功率，g_k，i表示第k个用户在分配给其的第i个子载波上的信道增益幅度值。 

⑤-2、计算第k个用户在分配给其的第i个子载波上增加一个比特数后与第k个用户在分配给其的第i个子载波上的比特数为 

时的功率差值，记为 

其中， 表示当信道增益为1时第k个用户在分配给其的第i个子载波上增加一个比特数后的功率。 

⑤-3、判断第k个用户是否满足能量有效化条件： $\begin{array}{c}\underset{m}{\max }\left[e_k^m\left(R_k^m\right)\right]\&le;\underset{n}{\min }\left[e_k^n(R_k^n+1)\right]\\ m,n\&Element;\{\mathrm{1,2},...,M_k\}\end{array},$ 如果满足，则确定最终分配给第k个用户在分配给其的第i个子载波上的比特数为 

否则，继续执行步骤⑤-4，其中， 表示第k个用户在分配给其的第m个子载波上的比特 数， 

表示第k个用户在分配给其的第n个子载波上的比特数， 

的初始值为 

的初始值为 

表示第k个用户在分配给其的第m个子载波上的比特数为 时与第k个用户在分配给其的第m个子载波上减少一个比特数后的功率差值， 

表示第k个用户在分配给其的第n个子载波上增加一个比特数后与第k个用户在分配给其的第n个子载波上的比特数为 

时的功率差值， 表示第k个用户在M_k个子载波中的第m个子载波上增加一个比特数后与第k个用户在分配给其的第m个子载波上的比特数为 

时的功率差值 是最大的， 表示第k个用户在M_k个子载波中的第n个子载波上增加一个比特数后与第k个用户在分配给其的第n个子载波上的比特数为 

时的功率差值 

是最小的。 

⑤-4、令 $R_k^m=R_k^m+1,$ $R_k^n=R_k^n-1,$ 然后对 

和 进行更新， $e_k^m\left(R_k^m\right)=f\left(R_k^m\right)/g_{k,m}^2-f(R_k^m-1)/g_{k,m}^2,$

$e_k^m(R_k^m+1)=f(R_k^m+1)/g_{k,m}^2-f\left(R_k^m\right)/g_{k,m}^2,$ $e_k^n\left(R_k^n\right)=f\left(R_k^n\right)/g_{k,n}^2-f(R_k^n-1)/g_{k,n}^2,$

$e_k^n(R_k^n+1)=f(R_k^n+1)/g_{k,n}^2-f\left(R_k^n\right)/g_{k,n}^2,$ 再返回步骤⑤-3继续执行，其中， 

中的“=”为赋值符号， 

表示第k个用户在分配给其的第m个子载波上增加一个比特数后与第k个用户在分配给其的第m个子载波上的比特数为 

时的功率差值， 

表示第k个用户在分配给其的第n个子载波上的比特数为 

时与第k个用户在分配给其的第n个子载波上减少一个比特数后的功率差值， 

表示当信道增益为1时第k个用户在分配给其的第m个子载波上的比特数为 

时的功率， 

表示当信道增益为1时第k个用户在分配给其的第m个子载波上减少一个比特数后的功率， 

表示当信道增益为1时第k个用户在分配给其的第m个子载波上增加一个比特数后的功率， 

表示当信道增益为1时第k个用户在分配给其的第n个子载波上的比特数为 时的功率， 

表示当信道增益为1时第k个用户在 分配给其的第n个子载波上减少一个比特数后的功率， 

表示当信道增益为1时第k个用户在分配给其的第n个子载波上增加一个比特数后的功率，g_k，m和g_k，n分别表示第k个用户在分配给其的第m个子载波和第n个子载波上的信道增益幅度值。 

以下为通过实验说明本发明方法的有效性和可行性。 

在此，采用的仿真环境是6径频率选择性Raleigh信道，子载波个数为N=256，带宽为1MHZ，噪声平均功率为1，每个OFDM符号中传输的总比特数为1024（在各个用户上比特采取平均分配），采用MQAM（Multiple Quadrature Amplitude Modulation，多进制正交幅度调制），用户数为K=4~10个。 

图1给出了本发明方法、现有的经典分布式BABS-ACG方法及静态分配OFDM-FDMA方法在仿真次数为20，误比特率为10^-4，不同用户数量（K=4~10个）下传输功率的比较，从图1中可以看出本发明方法得到的传输总功率比BABS-ACG方法少了2~3dB，比OFDM-FDMA方法少了3～5dB，并且在用户数量变化时并没有显著的变化，由此可见本发明方法在保证相同的误比特率时能明显减少系统总的传输功率。 

图2给出了仿真次数为20，8个用户时，本发明方法、现有的经典分布式BABS-ACG方法及静态分配OFDM-FDMA方法的误比特率与传输功率关系曲线。从图2中可以看出，随着误比特率的增加，传输功率也增加，在相同误比特率的情况下，本发明方法较BABS-ACG方法有1~3dB性能的提升，在相同传输功率的情况下，本发明方法的误比特率比BABS-ACG方法、OFDM-FDMA方法的误比特率要低。 

Claims (5)

1.一种多用户OFDM资源分配方法，其特征在于包括以下步骤：

①根据每个用户在每个OFDM符号内要求的最低比特数目，确定预分配给每个用户的子载波数目，将预分配给第k个用户的子载波数目记为N_k'，其中，1≤k≤K，K表示用户总数；

②根据预分配给每个用户的子载波数目和每个用户的平均信道增益，并利用能量有效化条件，对预分配给每个用户的子载波数目进行调整，得到最终分配给每个用户的子载波数目，将最终分配给第k个用户的子载波数目记为M_k，其中，N表示子载波总数；

③根据最终分配给每个用户的子载波数目，为每个用户找出最优的信道对应的子载波；

④根据步骤③分配给每个用户的子载波和每个用户在每个OFDM符号内要求的最低比特数目，确定平均预分配给每个用户在分配给其的每个子载波上的比特数，然后对剩余的未被分配的比特数进行随机分配，对于第k个用户，将平均预分配给其在M_k个子载波中的每个子载波上的比特数记为

然后将剩余的

个比特数在M_k个子载波上随机分配，将预分配给第k个用户在M_k个子载波中的第i个子载波上的比特数记为

其中，R_k表示第k个用户在每个OFDM符号内要求的最低比特数目，

为向下取整符号；

⑤利用能量有效化条件，对步骤④确定的预分配给每个用户在其的每个子载波上的比特数进行调整，得到最终分配给每个用户在分配给其的每个子载波上的比特数，对于第k个用户在M_k个子载波中的第i个子载波上，将最终分配给其的比特数记为

$\underset{i=1}{\overset{M_k}{\mathrm{\&Sigma;}}}{R}_k^i=R_k.$

2.根据权利要求1所述的一种多用户OFDM资源分配方法，其特征在于所述的步骤①中确定预分配给每个用户的子载波数目的具体过程为：

①-1、假设K个用户在每个OFDM符号内要求的最低比特数目分别为R₁,R₂,…,R_k,…,R_K，则确定初始分配给K个用户的子载波数目分别为N₁,N₂,…,N_k,…,N_K，对于K个用户中的第k个用户，根据其在每个OFDM符号内要求的最低比特数目R_k，确定初始分配给其的子载波数目其中，1≤k≤K，K表示用户总数，R₁表示第1个用户在每个OFDM符号内要求的最低比特数目，R₂表示第2个用户在每个OFDM符号内要求的最低比特数目，R_K表示第K个用户在每个OFDM符号内要求的最低比特数目，N₁表示初始分配给第1个用户的子载波数目，N₂表示初始分配给第2个用户的子载波数目，N_K表示初始分配给第K个用户的子载波数目，

为向下取整符号，N表示子载波总数，R_i表示第i个用户在每个OFDM符号内要求的最低比特数目；

①-2、根据初始分配给K个用户的子载波数目，计算初始未被分配的子载波数目，记为N^*，

①-3、将初始未被分配的子载波数目N^*随机分配给K个用户，得到预分配给每个用户的子载波数目，将预分配给第k个用户的子载波数目记为N_k'。

3.根据权利要求1或2所述的一种多用户OFDM资源分配方法，其特征在于所述的步骤②中最终分配给每个用户的子载波数目的获取过程为：

②-1、根据每个用户在每个OFDM符号内要求的最低比特数目和预分配给每个用户的子载波数目，计算每个用户在预分配给其的子载波数目上分配的平均比特数，对于第k个用户，将第k个用户在预分配给其的子载波数目N_k'上分配的平均比特数记为

其中，1≤k≤K，K表示用户总数，R_k表示第k个用户在每个OFDM符号内要求的最低比特数目，N_k'表示预分配给第k个用户的子载波数目；

②-2、计算每个用户的平均信道增益，对于第k个用户，将其平均信道增益记为g_k，其中，N表示子载波总数，g_k，n表示第k个用户在第n个子载波上的信道增益幅度值，符号“||”为绝对值符号；

②-3、根据每个用户在预分配给其的子载波数目上分配的平均比特数和每个用户的平均信道增益，分别计算每个用户在预分配给其的子载波数目上减少一个子载波、增加一个子载波所带来的功率差值，对于第k个用户，将第k个用户在预分配给其的子载波数目N_k'上减少一个子载波、增加一个子载波所带来的功率差值对应的记为Δe(N_k')和Δe(N_k'+1)， $\mathrm{\&Delta;e}\left({N_k}^{\&prime;}\right)=\frac{{N_k}^{\&prime;}}{g_k}\&times;f\left({\stackrel{\&OverBar;}{b}}_k\right)-\frac{({N_k}^{\&prime;}-1)}{g_k}\&times;f\left(\frac{R_k}{{N_k}^{\&prime;}-1}\right),$ $\mathrm{\&Delta;e}({N_k}^{\&prime;}+1)=\frac{({N_k}^{\&prime;}+1)}{g_k}\&times;f\left(\frac{R_k}{{N_k}^{\&prime;}+1}\right)-\frac{{N_k}^{\&prime;}}{g_k}\&times;f\left({\stackrel{\&OverBar;}{b}}_k\right),$ 其中，表示当信道增益为1时第k个用户在N_k'个子载波的每个子载波上加载

个比特所需的功率，

表示当信道增益为1时第k个用户在N_k'-1个子载波的每个子载波上加载

个比特所需的功率，

表示当信道增益为1时第k个用户在N_k'+1个子载波的每个子载波上加载

个比特所需的功率；

②-4、判断所有用户是否满足能量有效化条件：(i,j∈{1,2,...,K})，如果满足，则确定最终分配给每个用户的子载波数目，将最终分配给第k个用户的子载波数目记为M_k，M_k=N_k'，否则，继续执行步骤②-5，其中，M_k=N_k'中的“＝”为赋值符号，Δe(N_i′)表示第i个用户在子载波数目N_i'上减少一个子载波所带来的功率差值，Δe(N_j'+1)表示第j个用户在子载波数目N_i'上增加一个子载波所带来的功率差值，

表示在所有用户中第i个用户在子载波数目N_i'上减少一个子载波所带来的功率差值Δe(N_i')是最大的，表示在所有用户中第j个用户在子载波数目N_j'上增加一个子载波所带来的功率差值Δe(N_j'+1)是最小的；

②-5、令N_i'=N_i'-1，N_j'=N_j'+1，然后对

Δe(N_i′)、Δe(N_i'+1)、Δe(N_j′)和Δe(N_j'+1)进行更新， ${\stackrel{\&OverBar;}{b}}_i=\frac{R_i}{{N_i}^{\&prime;}},$ ${\stackrel{\&OverBar;}{b}}_j=\frac{R_j}{{N_j}^{\&prime;}},$ $\mathrm{\&Delta;e}\left({N_i}^{\&prime;}\right)=\frac{{N_i}^{\&prime;}}{g_i}\&times;f\left({\stackrel{\&OverBar;}{b}}_i\right)-\frac{({N_i}^{\&prime;}-1)}{g_i}\&times;f\left(\frac{R_i}{{N_i}^{\&prime;}-1}\right),$

$\mathrm{\&Delta;e}({N_i}^{\&prime;}+1)=\frac{({N_i}^{\&prime;}+1)}{g_i}\&times;f\left(\frac{R_i}{{N_i}^{\&prime;}+1}\right)-\frac{{N_i}^{\&prime;}}{g_i}\&times;f\left({\stackrel{\&OverBar;}{b}}_i\right),$

$\mathrm{\&Delta;e}\left({N_j}^{\&prime;}\right)=\frac{{N_j}^{\&prime;}}{g_j}\&times;f\left({\stackrel{\&OverBar;}{b}}_j\right)-\frac{({N_j}^{\&prime;}-1)}{g_j}\&times;f\left(\frac{R_j}{{N_j}^{\&prime;}-1}\right),$

$\mathrm{\&Delta;e}({N_j}^{\&prime;}+1)=\frac{({N_j}^{\&prime;}+1)}{g_j}\&times;f\left(\frac{R_j}{{N_j}^{\&prime;}+1}\right)-\frac{{N_j}^{\&prime;}}{g_j}\&times;f\left({\stackrel{\&OverBar;}{b}}_j\right),$ 再返回步骤②-4继续执行，其中，N_i'=N_i'-1和N_j'=N_j'+1中的“＝”为赋值符号，

表示第i个用户在子载波数目N_i'上分配的平均比特数，表示第j个用户在子载波数目N_j'上分配的平均比特数，R_i表示第i个用户在每个OFDM符号内要求的最低比特数目，R_j表示第j个用户在每个OFDM符号内要求的最低比特数目，Δe(N_i'+1)表示第i个用户在子载波数目N_i'上增加一个子载波所带来的功率差值，Δe(N_j')表示第j个用户在子载波数目N_j'上减少一个子载波所带来的功率差值，g_i和g_j分别表示第i个用户和第j个用户的平均信道增益，

表示当信道增益为1时第i个用户在N_i'个子载波的每个子载波上加载

个比特所需的功率，

表示当信道增益为1时第i个用户在N_i'-1个子载波的每个子载波上加载

个比特所需的功率，

表示当信道增益为1时第i个用户在N_i'+1个子载波的每个子载波上加载

个比特所需的功率，

表示当信道增益为1时第j个用户在N_j'个子载波的每个子载波上加载

个比特所需的功率，

表示当信道增益为1时第j个用户在N_j′-1个子载波的每个子载波上加载

个比特所需的功率，

表示当信道增益为1时第j个用户在N_j ′+1个子载波的每个子载波上加载

个比特所需的功率。

4.根据权利要求3所述的一种多用户OFDM资源分配方法，其特征在于所述的步骤③的具体过程为：

③-1、将K个用户在与N个信道一一对应的N个子载波上的信道增益矩阵记为[g_k，n]_K×N，其中，1≤k≤K，K表示用户总数，1≤n≤N，N表示子载波总数，g_k，n为[g_k，n]_K×N的第k行第n列的元素，其表示第k个用户在与第n个信道对应的子载波上的信道增益幅度值；

③-2、从[g_k，n]_K×N中为K个用户中的每个用户找出与最终分配给每个用户的子载波数目相同个数的且值相对最大的信道增益幅度值，对于第k个用户，从[g_k，n]_K×N中找出M_k个值相对最大的信道增益幅度值；

③-3、根据找出的每个用户对应的所有值相对最大的信道增益幅度值，为每个用户首次分配子载波，对于第k个用户，将找出的M_k个值相对最大的信道增益幅度值一一对应的M_k个信道中由第k个用户唯一占有的

个信道一一对应的

个子载波分配给第k个用户，并根据M_k计算第k个用户还需要的子载波数目，记为

${N^{\&prime;}}_{C_k}=M_k-N_{C_k};$

③-4、从剩下的被多个用户同时占有或未被任何一个用户占有的所有信道中，找出每个信道对应的值最大的信道增益幅度值，并将该信道对应的子载波分配给该信道对应的值最大的信道增益幅度值所对应的用户，假设第n^*个信道被多个用户同时占有或未被任何一个用户占有，并假设第n^*个信道对应的值最大的信道增益幅度值为

则将第n^*个信道对应的子载波分配给第k个用户，其中，1≤n^*≤N；

③-5、判断分配给每个用户的子载波的个数是否己达到步骤②中确定的最终分配给每个用户的子载波数目，如果是，则认为该用户不能再要求分配额外的子载波，然后执行步骤④，否则，返回步骤③-4继续执行。

5.根据权利要求4所述的一种多用户OFDM资源分配方法，其特征在于所述的步骤⑤中最终分配给第k个用户在分配给其的第i个子载波上的比特数

的获取过程为：

⑤-1、令

的初始值为

计算第k个用户在分配给其的第i个子载波上的比特数为

时与第k个用户在分配给其的第i个子载波上减少一个比特数后的功率差值，记为

其中，表示当信道增益为1时第k个用户在分配给其的第i个子载波上的比特数为

时的功率，

表示当信道增益为1时第k个用户在分配给其的第i个子载波上减少一个比特数后的功率，g_k，i表示第k个用户在分配给其的第i个子载波上的信道增益幅度值；

⑤-2、计算第k个用户在分配给其的第i个子载波上增加一个比特数后与第k个用户在分配给其的第i个子载波上的比特数为

时的功率差值，记为

其中，

表示当信道增益为1时第k个用户在分配给其的第i个子载波上增加一个比特数后的功率；

⑤-3、判断第k个用户是否满足能量有效化条件： $\begin{array}{c}\underset{m}{\max }\left[e_k^m\left(R_k^m\right)\right]\&le;\underset{n}{\min }\left[e_k^n(R_k^n+1)\right]\\ m,n\&Element;\{\mathrm{1,2},...,M_k\}\end{array},$ 如果满足，则确定最终分配给第k个用户在分配给其的第i个子载波上的比特数为

否则，继续执行步骤⑤-4，其中，

表示第k个用户在分配给其的第m个子载波上的比特数，

表示第k个用户在分配给其的第n个子载波上的比特数，

的初始值为

的初始值为 表示第k个用户在分配给其的第m个子载波上的比特数为

时与第k个用户在分配给其的第m个子载波上减少一个比特数后的功率差值，

表示第k个用户在分配给其的第n个子载波上增加一个比特数后与第k个用户在分配给其的第n个子载波上的比特数为

时的功率差值，表示第k个用户在M_k个子载波中的第m个子载波上增加一个比特数后与第k个用户在分配给其的第m个子载波上的比特数为

时的功率差值

是最大的，

表示第k个用户在M_k个子载波中的第n个子载波上增加一个比特数后与第k个用户在分配给其的第n个子载波上的比特数为

时的功率差值是最小的；

⑤-4、令 $R_k^m=R_k^m+1,$ $R_k^n=R_k^n-1,$ 然后对

和

进行更新， $e_k^m\left(R_k^m\right)=f\left(R_k^m\right)/g_{k,m}^2-f(R_k^m-1)/g_{k,m}^2,$ $e_k^m(R_k^m+1)=f(R_k^m+1)/g_{k,m}^2-f\left(R_k^m\right)/g_{k,m}^2,$ $e_k^n\left(R_k^n\right)=f\left(R_k^n\right)/g_{k,n}^2-f(R_k^n-1)/g_{k,n}^2,$ $e_k^n(R_k^n+1)=f(R_k^n+1)/g_{k,n}^2-f\left(R_k^n\right)/g_{k,n}^2,$ 再返回步骤⑤-3继续执行，其中，

中的“=”为赋值符号，

表示第k个用户在分配给其的第m个子载波上增加一个比特数后与第k个用户在分配给其的第m个子载波上的比特数为

时的功率差值，

表示第k个用户在分配给其的第n个子载波上的比特数为

时与第k个用户在分配给其的第n个子载波上减少一个比特数后的功率差值，

表示当信道增益为1时第k个用户在分配给其的第m个子载波上的比特数为

时的功率，

表示当信道增益为1时第k个用户在分配给其的第m个子载波上减少一个比特数后的功率，

表示当信道增益为1时第k个用户在分配给其的第m个子载波上增加一个比特数后的功率，

表示当信道增益为1时第k个用户在分配给其的第n个子载波上的比特数为时的功率，

表示当信道增益为1时第k个用户在分配给其的第n个子载波上减少一个比特数后的功率，

表示当信道增益为1时第k个用户在分配给其的第n个子载波上增加一个比特数后的功率，g_k，m和g_k，n分别表示第k个用户在分配给其的第m个子载波和第n个子载波上的信道增益幅度值。

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