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1、(10)申请公布号 CN 102811490 A (43)申请公布日 2012.12.05 CN 102811490 A *CN102811490A* (21)申请号 201210233196.X (22)申请日 2012.07.06 H04W 72/04(2009.01) H04L 5/00(2006.01) (71)申请人 华中科技大学 地址 430074 湖北省武汉市洪山区珞瑜路 1037 号 (72)发明人 葛晓虎 胡金钟 张靖 黄曦 倪大建 韩涛 (74)专利代理机构 华中科技大学专利中心 42201 代理人 朱仁玲 (54) 发明名称 一种基于能量效率的 MISO-OFDM 下行链。
2、路资 源分配方法 (57) 摘要 本 发 明 公 开 了 一 种 基 于 能 量 效 率 的 MISO-OFDM 下行链路资源分配方法， 包括步骤 ： 将 基站的总发射功率平均分配至基站所使用的子载 频集合 中的每个子载频上， 并将子载频集合中 的所有子载频平均分配给所有通信中的用户， 确 定分配给各用户的子载频数目， 确定分配给各用 户的子载频集合。在本发明总功率和各用户容量 下限的双变量约束条件下， 提出了一种兼具公平 性和能效性的子载频分配方案， 通过此子信道化 方案， 实现系统能效的优化。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国。
3、国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 4 页 1/1 页 2 1. 一种基于能量效率的 MISO-OFDM 下行链路资源分配方法， 其特征在于， 包括以下步 骤 ： （1） 将基站的总发射功率 PTotal平均分配至基站所使用的子载频集合 中的每个子载 频上， 即每个子载频上被分得的功率为 p PTotal/N， 其中 N 为子载频的个数， 并将子载频集 合中的所有子载频平均分配给所有通信中的用户， 即将每个用户分配的子载频数目初始化 为 N/K， 其中 K 为通信中的用户的个数 ； （2） 确定分配给各用户的子载频数目， 具体包括 ： （21） 对 。
4、于 所 有 用 户，判 断 其 有 效 容 量 与 容 量 下 限 的 差 值 gap1(N1),gap2(N2),.,gapK(NK) 是否大于等于 0， 若是， 则进入步骤 （3） ， 否则， 进入步骤 （22） ； （22） 对于gap1(N1),gap2(N2),.,gapK(NK)中差值最大的用户u， 执行NuNu-1， 对于 gap1(N1),gap2(N2),.,gapK(NK) 中差值最小的用户 v， 执行 Nv Nv+1， 并返回步骤 （21） ； （3） 确定分配给各用户的子载频集合 ： （31） 将所有用户按其子载频上的平均增益噪声比的大小由大到小进行排 列， 并设置计数。
5、器 i 1 ； （32） 第 i 个用户根据其子载频数目 Ni从子载频集合 中挑选信道质量最好的 Ni个 子载频作为其子载频集合 i， 由 i中的所有子载频组成第 i 个用户的子信道 ； （33） 剔除子载频集合中已被第 i 个用户选中的子载频， 即设置 -i， 并设置 i i+1， 然后返回步骤 （32） ； （34） 重复步骤 （32） 和 （33） ， 直到所有用户的子信道都确定为止。 2. 根据权利要求 1 所述的方法， 其特征在于， 对于所有用户中的第 k 个用户， 其有效容 量与容量下限的差值 gapk(Nk) 通过以下公式计算 ：其 中 B 为系统总带宽， N 为子载频集合 中的。
6、子载频个数， Cmin为保障用户服务质量所设定的 用户容量下限， 其数值范围为 10bps 至 30bps。 3. 根据权利要求 1 或 2 所述的方法， 其特征在于， 对于所有用户中的第 k 个用户， 其 子载频上的平均增益噪声比是由下式获得 ：其中 CgNRk,n表示第 k 个用户在第 n 个子载频上的信道增益噪声比， 并且 其中为第 k 个用户在子载频 n 上的 fabulous 范数， 且hk， n， i Md(k) -a sh(k)af(k,n,i)， 其中 i 1,MT， M 为由环境决定的常数， ash为呈现阴影效 应的分量， 其服从对数正态分布， af为服从瑞利分布的小尺度衰落。
7、分量， d(k) 为基站到用户 k 的距离， a 为路径损耗指数， MT为基站配备的发射天线数。 4. 根据权利要求 3 所述的方法， 其特征在于， 子载频集合 中的信道质量与信道增益 噪声比 CgNRk,n成正比。 权 利 要 求 书 CN 102811490 A 2 1/4 页 3 一种基于能量效率的 MISO-OFDM 下行链路资源分配方法 技术领域 0001 本发明属于无线通信技术领域， 更具体地， 涉及一种基于能量效率的 MISO-OFDM 下行链路资源分配方法。 背景技术 0002 多输入单输出 （Multiple-Input Single-Output， MISO） 是一种智能天。
8、线技术， 在 这种技术里， 通信系统的发射端使用的是多路天线， 而接收端只有一根天线， 通过对发送端 的天线进行组合以达到最小的误差和最优的数据传输速度。 MISO技术已被广泛应用于数字 电视 （DTV） ， 无线局域网络 （WLANs） ， 城域网络 （MANs） 和移动通信中。 0003 正交频分复用 （Orthogonal Frequency Division Multiplexing， 简称OFDM） 已被 作为下一代宽频无线通信系统的基本调制方式。 其首先利用串并转换将信号变为多路速率 较低的并行信号， 再将并行信号调制到正交子载波上， 实现了子信道之间的正交性， 同时利 用循环前缀。
9、技术消除了延迟扩展带来的码间串扰， 展现了这种技术在抑制信道间干扰和信 道内码间串扰上卓越的优越性。 0004 从现有的 MISO-OFDM 下行链路资源分配的方案来看， 各种分配方案尚未在系统能 量效率的衡量标准上达成一致， 同时， 如何在提高系统能量效率的同时兼具用户服务质量 （Quality of Service， 简称 QoS） 和用户服务的公平性是目前通信资源分配研究所面临的 另一挑战。 发明内容 0005 针对现有技术的缺陷， 本发明的目的在于提供一种基于能量效率的 MISO-OFDM 下 行链路资源分配方法， 其针对 MISO-OFDM 下行链路， 在总功率和各用户容量下限的双变。
10、量 约束条件下， 提出了一种兼具公平性和能效性的子载频分配方案， 通过此子信道化方案， 实 现系统能效的优化。 0006 为实现上述目的， 本发明提供了一种基于能量效率的 MISO-OFDM 下行链路资源分 配方法， 包括以下步骤 ： 0007 （1） 将基站的总发射功率 PTotal平均分配至基站所使用的子载频集合 中的每个 子载频上， 即每个子载频上被分得的功率为 p PTotal/N， 其中 N 为子载频的个数， 并将子载 频集合中的所有子载频平均分配给所有通信中的用户， 即将每个用户分配的子载频数目初 始化为 N/K， 其中 K 为通信中的用户的个数 ； 0008 （2） 确定分配给各。
11、用户的子载频数目， 具体包括 ： 0009 （21） 对 于 所 有 用 户，判 断 其 有 效 容 量 与 容 量 下 限 的 差 值 gap1(N1),gap2(N2),.,gapK(NK) 是否大于等于 0， 若是， 则进入步骤 （3） ， 否则， 进入步骤 （22） ； 0010 （22） 对于 gap1(N1),gap2(N2),.， gapK(NK) 中差值最大的用户 u， 执行 Nu Nu-1， 对于 gap1(N1),gap2(N2),.,gapK(NK) 中差值最小的用户 v， 执行 Nv Nv+1， 并返回步骤 说 明 书 CN 102811490 A 3 2/4 页 4 。
12、（21） ； 0011 （3） 确定分配给各用户的子载频集合 ： 0012 （31） 将所有用户按其子载频上的平均增益噪声比的大小由大到小进 行排列， 并设置计数器 i 1 ； 0013 （32） 第 i 个用户根据其子载频数目 Ni从子载频集合 中挑选信道质量最好的 Ni 个子载频作为其子载频集合 i， 由 i中的所有子载频组成第 i 个用户的子信道 ； 0014 （33） 剔除子载频集合中已被第 i 个用户选中的子载频， 即设置 -i， 并设 置 i i+1， 然后返回步骤 （32） ； 0015 （34） 重复步骤 （32） 和 （33） ， 直到所有用户的子信道都确定为止。 0016 。
13、对于所有用户中的第 k 个用户， 其有效容量与容量下限的差值 gapk(Nk) 通过以下 公式计算 ：其中 B 为系统总带宽， N 为子载频集合 中的子载频个数， Cmin为保障用户服务质量所设定的用户容量下限， 其数值范围为 10bps 至 30bps。 0017 对于所有用户中的第 k 个用户， 其子载频上的平均增益噪声比是由下式获 得 ：其中 CgNRk,n表示第 k 个用户在第 n 个子载频 上的信道增益噪声比， 并且其中为第 k 个用户在子载频 n 上 的 fabulous 范 数， 且hk， n， i Md(k)-ash(k)af(k,n,i)， 其 中 i 1,MT， M 为由环。
14、境决定的常数， ash为呈现阴影效应的分量， 其服从对数正态分布， af为 服从瑞利分布的小尺度衰落分量， d(k) 为基站到用户 k 的距离， a 为路径损耗指数， MT为基 站配备的发射天线数。 0018 子载频集合 中的信道质量与信道增益噪声比 CgNRk,n成正比。 0019 通过本发明所构思的以上技术方案， 与现有技术相比， 本发明具有以下的有益效 果 ： 0020 1、 在步骤 （2） 中， 通过调整各用户的子载频数目使得各用户的容量与所要求的容 量下限的差值非负， 最终确定了分配给各个用户的子载频数目。 在这种分配方式下， 保证了 每个用户的容量不低于所要求的容量下限， 这就使得。
15、用户的服务质量得以保障， 同时体现 了用户服务的公平性原则 ； 0021 2、 在步骤 （3） 中， 通过使平均信道增益噪声比高的用户在子载频集合中优先选择 信道质量好的子载频以组建其子信道， 使得子载频分配的能效性得以保障， 由于功率是平 均分配到各个子信道上的， 步骤 （3） 同时也体现了功率分配的能效性。 附图说明 0022 图 1 是本发明基于能量效率的 MISO-OFDM 下行链路资源分配方法的应用环境图。 0023 图 2 是本发明基于能量效率的 MISO-OFDM 下行链路资源分配方法的流程图。 0024 图 3 是本发明中子信道平均速率随子信道平均功率变化的性能仿真图。 002。
16、5 图 4 是本发明中各用户与基站距离的仿真图。 0026 图 5 是本发明中对应于图 4 中用户与基站的距离所产生的用户容量仿真图。 说 明 书 CN 102811490 A 4 3/4 页 5 具体实施方式 0027 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。 0028 如图 1 所示， 考虑一个单小区 MISO-OFDM 系统， 基站配备 MT根发射天线， 用户端配 备单根接收天线， K 个用户均匀分布在小区中。系统总带宽为 B， 除去用作导频的。
17、子载频， 定 义基站用于传输数据的子载频集合为， 中的子载频个数为N， 总发射功率约束为PTotal。 0029 在某一时刻用户在所有子载频上的阴影效应相同。在平坦衰落的情况下， 子载频 当中还存在加性高斯白噪声分量， 其分布服从 N(0,2)， 且 2 N0B/N， 其中， N0为高斯白 噪声功率密度。本发明中假设一个子载频在一个传输周期内不能被多个用户占有。信道状 态信息 （Channel Statement Information， 简称 CSI） 在发送端完全知道。信道为在一个传 输周期内状态不发生变化的半静态信道。 0030 如图 2 所示， 本发明基于能量效率的 MISO-OFDM。
18、 下行链路资源分配方法包括以下 步骤 ： 0031 （1） 将基站的总发射功率 PTotal平均分配至基站所使用的子载频集合 中的每个 子载频上， 即每个子载频上被分得的功率为 p PTotal/N， 其中 N 为子载频的个数， 并将子载 频集合中的所有子载频平均分配给所有通信中的用户， 即将每个用户分配的子载频数目初 始化为 N/K， 其中 K 为通信中的用户的个数 ； 0032 （2） 确定分配给各用户的子载频数目， 具体包括以下子步骤 ： 0033 （21） 对 于 所 有 用 户，判 断 其 有 效 容 量 与 容 量 下 限 的 差 值 gap1(N1),gap2(N2),.,gap。
19、K(NK) 是否大于等于 0， 若是， 则进入步骤 （3） ， 否则， 进入步骤 （22） ； 0034 具体而言， 对于所有用户中的第 k 个用户， 其有效容量与容量下限的差值 gapk(Nk) 是通过以下公式计算 ：其中 B 为系统总带宽， N 为子载 频集合 中的子载频个数， Cmin为保障用户服务质量所设定的用户容量下限， 本发明中设 定用户的容量下限的范围为 10bps 至 30bps。 0035 对于所有用户中的第 k 个用户， 其子载频上的平均增益噪声比是由下式获 得 ：其中 CgNRk,n表示第 k 个用户在第 n 个子载频 上的信道增益噪声比， 并且其中为第 k 个用户在子载。
20、频 n 上 的 fabulous 范 数， 且hk， n， i Md(k)-ash(k)af(k,n,i)， 其 中 i 1,MT， M 为由环境决定的常数， ash为呈现阴影效应的分量， 其服从对数正态分布， af为 服从瑞利分布的小尺度衰落分量， d(k) 为基站到用户 k 的距离， a 为路径损耗指数， MT为基 站配备的发射天线数。 0036 （22） 对于gap1(N1)， gap2(N2),.， gapK(NK)中差值最大的用户u， 执行NuNu-1， 对于 gap1(N1)， gap2(N2),.， gapK(NK) 中差值最小的用户 v， 执行 Nv Nv+1， 并返回步骤 （。
21、21） ； 说 明 书 CN 102811490 A 5 4/4 页 6 0037 （3） 确定分配给各用户的子载频集合， 具体包括以下子步骤 ： 0038 （31） 将所有用户按其子载频上的平均增益噪声比的大小由大到小进 行排列， 并设置计数器 i 1 ； 0039 （32） 第 i 个用户根据其子载频数目 Ni从子载频集合 中挑选信道质量最好 （即 信道增益噪声比 CgNRi,n最大） 的 Ni个子载频作为其子载频集合 i， 由 i中的所有子载频 组成第 i 个用户的子信道 ； 0040 （33） 剔除子载频集合中已被第 i 个用户选中的子载频， 即设置 -i， 并设 置 i i+1， 然。
22、后返回步骤 （32） ； 0041 （34） 重复步骤 （32） 和 （33） ， 直到所有用户的子信道都确定为止。 0042 图 3 至图 5 为本发明算法的仿真结果， 分别就子信道平均功率对其平均速率的影 响， 用户与基站的距离及用户与基站距离对其容量的影响进行了仿真。 仿真时， 用户数设定 为 32 个， 用户到基站的距离在 （0， 5km） 中服从均匀分布。基站端配备了 4 根发送天线， 用 户终端配备单天线。结合之前的信道增益模型， 子信道容量下限设定为 27bps。 0043 从仿真结果可以看出， 子信道的平均速率随着子信道所分配的平均功率的增加而 增大 ； 本发明算法实现的最小用。
23、户容量远大于在仿真参数中设定的目标用户容量下限。在 仿真结果中同时也呈现出用户距基站的距离对用户容量的剧烈影响， 即使是距离的小幅度 增加也会造成容量的大幅度衰减。 0044 本领域的技术人员容易理解， 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。 说 明 书 CN 102811490 A 6 1/4 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 102811490 A 7 2/4 页 8 图 2 说 明 书 附 图 CN 102811490 A 8 3/4 页 9 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 102811490 A 9 4/4 页 10 图 5 说 明 书 附 图 CN 102811490 A 10 。