CN109379173B - Ofdma系统中基于逆信道功率的子载波分配方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种OFDMA系统中基于逆信道功率的子载波分配方法，其通过为每个待分配用户分配最佳子载波，并基于逆信道功率算法为每个最佳子载波分配功率，使得各个子载波的最小信噪比相同，即实现最小信噪比的最大化，使得信噪比得到改善，提高了系统的平均误码率，从而提高系统可靠性，也保证了用户之间的公平性；且随着用户数量的增加，该误码率性能也越好。相应地，本发明还提供了一种子载波分配装置。

Description

OFDMA系统中基于逆信道功率的子载波分配方法和装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具有涉及一种OFDMA系统中基于逆信道功率的子载波分配方法和装置。

背景技术

随着无线移动通信的飞速发展，一方面通信业务趋向宽带化、高速化和多样化，另一方面用户对无线通信服务的质量要求不断提高，无线通信网络设计遇到了新的挑战和机遇。为了有效支持具有不同服务器质量QoS要求的多样化宽带高速业务，传统网络向全新网络架构演进，必然要求对一系列网络支撑技术进行改进和革新。针对无线通信网络的信道、位置、业务这些动态性和频谱、能量这些无线资源的紧缺性，人们从不同层面提出了诸如正交频分复用OFDM、协同通信等多项革命性技术，期望达到提高容量和改善服务质量的设计目标。

为了实现这一目标，在无线传输中必须采用频谱利用率高、抗频率选择衰落能力强的技术，而OFDM技术独特的子载波并行调制方式为我们研究高质量、高速率的无线传输服务提供了便利的途径。相对于传统静态的资源分配技术，如：正交的时分多址技术(OFDM-TDMA)、正交的频分多址技术(OFDM-FDMA)以及正交的交织频分多址技术(OFDM-Interleaved-FDMA)，OFDM系统中的自适应资源分配技术，特别是OFDMA系统中的自适应资源分配技术不仅可以有效地提高无线通信系统的传输速率，并且可以自适应地根据OFDM子信道的实时信道状况对资源进行合理的分配。

OFDMA自适应资源分配主要是基于速率自适应(Rate Adaptive,RA)准则和边缘自适应(Margin Adaptive,MA)准则进行的。其中，对基于RA准则的OFDMA自适应资源分配问题的研究主要是侧重于提高系统容量，通常分为两步：子载波分配采用贪婪算法，然后再对子载波之间的功率分配采用注水算法。但是在一味的提升系统容量的同时，用户之间的公平性就被忽视了。也有很多算法考虑到了用户的公平性，但是算法在提升系统容量方面的能力较为薄弱。

因此，目前需要一种能够提高OFDMA系统的可靠性的同时，还能够保证用户之间的公平性的子载波分配方法。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明提供一种OFDMA系统中基于逆信道功率的子载波分配方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种OFDMA系统中基于逆信道功率的子载波分配方法，其包步骤：

S1，子载波分配，为每个待分配用户分配最佳子载波；

S2，功率分配，基于逆信道功率分配算法为所述待分配用户所分配得到的各个最佳子载波进行功率分配。

其中，步骤S2中的逆信道功率分配算法具体包括步骤：

获取每个待分配用户各自分配得到的各个最佳子载波的信道增益，然后根据各个最佳子载波的信道增益分别计算各个最佳子载波的功率，其计算公式为：

其中，P为总功率；P_i,k为分配给待分配用户k的子载波i的功率；h_i,k为用户k的子载波i的信道增益，h_m,j为待分配用户j的子载波m的信道增益，且j＜k,m＜i，i∈M,k∈K，M为子载波个数，K为用户个数。

基于上述的功率分配方法，本发明还提供了一种OFDMA系统中基于逆信道功率分配的子载波分配装置，其包括：

子载波分配模块，用于为每个待分配用户分配最佳子载波；

功率分配模块，用于基于逆信道功率分配算法为所述待分配用户所分配得到的各个最佳子载波进行功率分配。

进一步地，所述功率分配模块具体用于获取每个待分配用户分配得到的最佳子载波的信道增益，并根据各个最佳子载波的信道增益计算各个最佳子载波的功率，其计算公式为：

其中，P为总功率；P_i,k为分配给待分配用户k的最佳子载波i的功率；h_i,_k为待分配用户k的最佳子载波i的信道增益，h_m,j为待分配用户j的最佳子载波m的信道增益，且j＜k,m＜i，i∈M,k∈K，M为子载波个数，K为用户个数。

其中，所述子载波分配模块包括：

候选子载波构建单元，用于为每个子载波筛选符合预设阈值的信道质量，并为每个用户构建候选子载波集；

子载波分配单元，用于识别候选子载波数量最小的待分配用户，并根据所述待分配用户的子载波需求数，从所述候选子载波集中信号质量排位靠前的子载波分配给所述待分配用户；然后将已分配的所述子载波所属的所有子载波从其他各个待分配用户的候选子载波集中删除；同时，将已分配子载波的所述待分配用户移除待分配用户集中，再次识别所述待分配用户集中候选子载波数量最小的待分配用户，并根据其子载波需求数进行子载波分配，如此循环直至所述待分配用户集中的每个待分配用户均分配得到需求数量的子载波。

本发明的有益之处在于：

本发明公开了一种OFDMA系统中基于信道逆功率的子载波分配方法，其通过为每个用户的分配最佳子载波，并基于逆信道功率分配算法为每个最佳子载波进行功率分配，使得所有子载波的信噪比相同，即将最小信噪比最大化，也即是说，在良好的信道质量前提下，根据各个子载波的信道增益来分配功率的，状态好的多分，状态差的少分甚至不分，实现能力强的信道将获得更大的功率，从而在保证用户间的公平性的同时提高了系统的可靠性，并且由于信噪比得到改善，其误码率性能好，且随着用户数量的增加，该误码率性能也越好。

附图说明

图1为本发明的一种OFDMA系统中基于逆信道功率的子载波分配方法的一实施例的流程图；

图2为图1中步骤S1的一实施例的流程图；

图3为图1中步骤S2的一实施例的流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

参见图1，为本发明的一种OFDMA系统中基于逆信道功率的子载波分配方法的一实施例的流程图，具体地，本实施例的子载波分配方法包括两个步骤，即S1，子载波分配，即为每个待分配用户分配最佳子载波；S2，功率分配，即基于逆信道功率分配算法为每个待分配用户各自所分配得到的各个最佳子载波进行功率分配。

参见图2，本实施例中，该步骤S1具体包括步骤：

S11，根据预设的信道个数阈值为每个子载波筛选信道质量最佳的信道，得到每个待分配用户的候选子载波集。

本实施例中，该信道个数阈值可根据每个待分配用户的子载波需求数来确定。

在一具体实施例中，令待分配用户个数为K，K＝4，即待分配用户集U_k＝{U₁，U₂，U₃，U₄}，每个待分配用户U_k所需的子载波数为2；子载波数为N，且N＝8，则得到如下表一所示的随机分配信道质量矩阵；令预设的信道个数阈值为2，则针对每个子载波从该随机分配信道质量矩阵中筛选信道质量最佳的2个信道，得到每个待分配用户的候选子载波集，参见下表二：

对于待分配用户U1的候选子载波集为{3,5,6,8}；

对于待分配用户U2的候选子载波集为{4,7}；

对于待分配用户U3的候选子载波集为{1,2,3,4,5,6,8}；

对于待分配用户U4的候选子载波集为{1,2,7}。

表一 随机分配信道质量矩阵

表二 各个待分配用户对应的候选子载波集

S12，识别候选子载波数量最小的待分配用户，并根据该待分配用户的子载波需求数，从该带分配用户对应的候选子载波集中筛选信号质量排位靠前的子载波分配给该待分配用户。

本实施例中，由于针对每个子载波已经筛选了最佳信道质量的信道，因此，最后从候选子载波集中选择信道质量排位靠前的几个子载波分配给待分配用户，即该待分配用户分配得到子载波即为最佳子载波。

在一具体实施例中，在4个待分配用户中，候选子载波数最小的待分配用户为U₂，其只有两个候选子载波{4,7}，且由于其子载波需求数为2，因此，将该两个子载波4和子载波7都分配给该待分配用户U₂。

S13，将已分配的子载波所属的所有子载波从其他各个待分配用户的候选子载波集中删除；同时，将已分配子载波的该待分配用户从该待分配用户集中移出，并重复执行步骤S12-S13，直至每个待分配用户分配得到需求数量的子载波，则执行步骤S14。

在一具体实施例中，参见下表三，由于步骤S12中已经将子载波4和子载波7分配给了U₂，而对于一个子载波仅可以分配给一个用户，因此，需要将该子载波所属的所有子载波从其他各个待分配用户的候选子载波集中删除，即：

对于待分配用户U₄的候选子载波集变为{1,2}。

表三 删除子载波后的各个待分配用户对应的候选子载波集

本实施例中，若候选子载波数最小的待分配用户已经分配得到的子载波数达到需求数时，则需要将其从待分配用户集中移除，从而再从剩下的待分配用户中识别出一个候选子载波数最小的待分配用户，并根据其子载波需求数从其对应的候选子载波集中选择信道质量排位靠前的子载波进行子载波分配，如此循环，直至每个待分配用户所分配得到的子载波数都达到各自的需求数时，再进行功率分配，即重复执行步骤S12-13直至每个待分配用户所分配得到的子载波数都达到各自的需求数时，再进行功率分配。

在一具体实施例中，将子载波4和子载波7分配给待分配用户U₂后，则将用户U₂从待分配用户集中删除时，剩余的待分配用户分别为：

对于待分配用户U₁的候选子载波集为{3,5,6,8}；

对于待分配用户U₃的候选子载波集为{1,2,3,4,5,6,8}；

对于待分配用户U₄的候选子载波集为{1,2}。

由此可知，当执行步骤S12，识别出待分配用户U₄的子载波数最小，为2，因此，从该待分配用户U₄对应的候选子载波集中选择信道质量排位前2个的子载波分配给该待分配用户U₄，由于该待分配用户U₄的子载波需求数为2，且该待分配用户U₄对应的候选子载波集中只有两个子载波：子载波1和子载波2，因此，将该子载波1和2分配给该待分配用户U₄，然后删除该待分配用户U₄。

当然，本实施例中，该候选子载波数大于或等于该子载波需求数。

参见图3，本实施例中，上述步骤S2具体包括步骤：

S21，获取每个待分配用户各自分配得到的最佳子载波的信道增益。

S22，根据各个最佳子载波的信道增益计算分配给各个最佳子载波的功率。

本实施例中，分配各个最佳子载波的功率的计算公式为：

其中，P为总功率；P_i,k为分配给待分配用户k的最佳子载波i的功率；h_i,k为用户k的最佳子载波i的信道增益，h_m,j为待分配用户j的最佳子载波m的信道增益，且j＜k,m＜i，i∈M,k∈K，K为待分配用户个数，M为K个待分配用户对应最佳子载波的总个数。

根据用户k的最佳子载波i的信噪比和分配功率之间的关系：

可知只有当子载波的最小信噪比SNR_i,k最大化，才能够保证功率实现最佳优化，而要实现最小信噪比的最大化，则要使得待分配用户的各个最佳子载波的最小信噪比相同，即SNR_1,k＝SNR_2,k...＝SNR_i,k，因此，本实施例中，通过采用逆信道功率分配算法对每个子载波进行功率分配，从而使得待分配用户的各个子载波的最小信噪比相同，且使得各个子载波的信噪比只与总功率和子载波的信道增益有关，即：

其中，p_i,k为分配给待分配用户k的子载波i的功率；h_i,k为待分配用户k的子载波i的信道增益；N_i,k为待分配用户k的子载波i的噪声功率；h_m,j为待分配用户j的最佳子载波m的信道增益，且j＜k,m＜i，i∈M,k∈K，K为待分配用户个数，M为K个待分配用户对应最佳子载波的总个数。

实施例二

基于上述实施例一中的OFDMA系统中基于逆信道功率的子载波分配方法，本发明还提供了一种OFDMA系统中基于逆信道功率的子载波分配装置，下面结合具体实施例进行详细说明。

本实施例的该基于逆信道功率的子载波分配装置包括：

子载波分配模块，用于为每个待分配用户分配最佳子载波；

功率分配模块，用于基于逆信道功率分配算法为所述待分配用户所分配得到的各个最佳子载波进行功率分配。

本实施例中，该子载波分配模块包括：候选子载波构建单元，用于为每个子载波筛选符合预设阈值的信道质量，并为每个用户构建候选子载波集；子载波分配单元，用于识别候选子载波数量最小的待分配用户，并根据该待分配用户的子载波需求数，从候选子载波集中信号质量排位靠前的子载波分配给该待分配用户；然后将已分配的子载波所属的所有子载波从其他各个待分配用户的候选子载波集中删除；同时，将已分配子载波的该待分配用户移除待分配用户集中，再次识别待分配用户集中候选子载波数量最小的待分配用户，并根据其子载波需求数进行子载波分配，如此循环直至上述待分配用户集中的每个待分配用户均分配得到需求数量的子载波。

本实施例中，该功率分配模块具体用于获取每个待分配用户分配得到的最佳子载波的信道增益，并根据各个子载波的信道增益计算分配给各个子载波的功率，其计算公式为：

其中，P为总功率；P_i,k为分配给待分配用户k的子载波i的功率；h_i,k为用户k的子载波i的信道增益，h_m,j待分配用户j的子载波m的信道增益，且j＜k,m＜i，i∈M,k∈K，M为子载波个数，K为用户个数。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种OFDMA系统中基于逆信道功率的子载波分配方法，其特征在于，包步骤：

S1，子载波分配，为每个待分配用户分配最佳子载波；

所述子载波分配的步骤，具体包括步骤：

S11，根据预设的信道个数阈值为每个子载波筛选信道质量最佳的信道，得到每个待分配用户的候选子载波集；

S12，识别候选子载波数量最小的待分配用户，并根据所述待分配用户的子载波需求数，从所述候选子载波集中挑选信号质量排位靠前的子载波分配给所述待分配用户；

S13，将已分配的所有子载波从其他各个待分配用户的候选子载波集中删除；同时，将已分配子载波的所述待分配用户从待分配用户集中移除，重复执行步骤S12-13，直至所述待分配用户集中的每个待分配用户均分配得到需求数量的子载波；

S2，功率分配，基于逆信道功率分配算法为所述待分配用户所分配得到的各个最佳子载波进行功率分配；

所述步骤S2中的逆信道功率分配算法包括步骤：

S21，获取每个待分配用户分配得到的各个最佳子载波的信道增益；

S22，根据所获取的各个最佳子载波的信道增益计算分配给各个最佳子载波的功率，其计算公式为：

其中，P为总功率；P_i,k为分配给待分配用户k的最佳子载波i的功率；h_i,k为用户k的最佳子载波i的信道增益，h_m,j为待分配用户j的最佳子载波m的信道增益，且j＜k,m＜i，i∈M,k∈K，K为待分配用户个数，M为K个待分配用户对应最佳子载波的总个数。

2.如权利要求1所述的子载波分配方法，其特征在于，每个待分配用户的候选子载波集中的候选子载波数大于或等于每个用户的子载波需求数。

3.一种OFDMA系统中基于逆信道功率的子载波分配装置，其特征在于，包括：子载波分配模块，用于为每个待分配用户分配最佳子载波；功率分配模块，用于基于逆信道功率分配算法为所述待分配用户所分配得到的各个最佳子载波进行功率分配；

所述功率分配模块具体用于获取每个待分配用户分配得到的最佳子载波的信道增益，并根据各个子载波的信道增益计算分配给各个子载波的功率，其计算公式为：

其中，P为总功率；P_i,k为分配给待分配用户k的子载波i的功率；h_i,k为用户k的子载波i的信道增益，h_m,j待分配用户j的子载波m的信道增益，且j＜k,m＜i，i∈M,k∈K，M为子载波个数，K为用户个数；

所述子载波分配模块包括：

候选子载波构建单元，用于为每个子载波筛选符合预设阈值的信道质量，得到每个用户构建候选子载波集；

子载波分配单元，用于识别候选子载波数量最小的待分配用户，并根据所述待分配用户的子载波需求数，从所述候选子载波集中挑选信号质量排位靠前的子载波分配给所述待分配用户；然后将已分配的所有子载波从其他各个待分配用户的候选子载波集中删除；同时，将已分配子载波的所述待分配用户从待分配用户集中移除，再次识别所述待分配用户集中候选子载波数量最小的待分配用户，并根据其子载波需求数进行子载波分配，如此循环直至所述待分配用户集中的每个待分配用户均分配得到需求数量的子载波。

Images