[發明專利]非再生協作多頻帶超寬帶系統的資源優化分配方法

無效

• 申請號: 201010149114.4
• 申請日: 2010-04-16
• 公開（公告）號: CN101835265A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發明（設計）人: 楊婷婷;張淑芳;孫忠華
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: H04W72/04
• 分類號: H04W72/04;H04B1/69
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李洪福

技術領域

本發明涉及一種協作多頻帶超寬帶通信系統，尤其涉及一種非再生協作多頻帶超寬帶系統的資源優化分配方法。

背景技術

資源優化分配即無線資源管理，是指通過對無線通信系統中的各種資源(信道、功率、頻譜、速率等)實施有效的管理，實現既定的用戶級目標或系統級目標。對于超寬帶系統，頻譜及功率分配是設計的瓶頸。足夠寬的帶寬保障了頻譜資源，所以對功率的分配提出了更高的要求。

UWB系統開發了一個具有千兆赫茲高容量的無線信道，特別適合室內密集多徑等需要高速傳輸數據的場所。美國聯邦通信委員會FCC于2002年發布了超寬帶無線通信的初步規范，規定了超寬帶無線通信目前實際可使用的頻譜范圍為3.1-10.6GHz，平均發射功率不超過-41.3dBm/MHz。多頻帶OFDM方案(MB-OFDM)作為UWB的最佳解決方案。它基于多帶OFDM調制技術，把UWB頻譜分成很多子帶，每個子帶500MHz。由于超寬帶系統是發射功率嚴格受限系統，如何在有限的發射功率條件下實現更遠的傳輸距離和更好的傳輸性能，是UWB系統設計面臨的問題。

曾有大量的研究將MIMO技術加載到UWB系統中來進一步提高系統性能。但由于UWB設備尺寸和功率的限制，在發射和接收端裝置多天線是不實際的。協作分集是近幾年發展迅速的一種分集技術。它是基于中繼傳輸原理，利用用戶之間的協作來達到空間分集增益，是對抗多徑衰落的常用手段。由于家庭及辦公室環境中很少會出現所以設備同時運行工作的情況，所以可以把空閑狀態的UWB設備作為中繼，協助其它設備進行信息傳輸。把協作分集技術引入到超寬帶系統中，具有十分重要的意義。

而MB-OFDM超寬帶系統信道模型及在速率和功率方面均做了比較嚴格的限制。如何在協作用戶之間及超寬帶系統各子頻帶之間進行資源分配將對提高系統性能具有重要意義。所以非常有必要對協作超寬帶系統進行高效的資源分配研究。目前關于協作超寬帶系統資源優化分配的研究并不是很多，相關研究例如，蒙文武研究了IR-UWB系統的資源分配研究；W.P.Siriwongpairat等人提出了再生協作超寬帶系統的聯合分配速率、子頻帶和功率的資源分配方法；陳芳妮在此基礎上提出了再生中繼協作模式下的一種子頻帶和功率聯合優化分配的方法。IEEE?802.15.3a工作組對MB-OFDM?UWB系統的物理層及MAC層提案中指出利用時頻碼(TFC)來區分不同的微微網(Piconet)，相同的微微網中采用時分多址(TDMA)進行用戶接入。在提案中時頻碼序列是固定的，即規定各用戶的子頻帶分配是固定不變的，而不是根據信道條件靈活分配的，各用戶的功率分配也是相同的。很顯然，各個用戶在不同子頻帶上經歷的衰落不同，因此根據信道條件及系統性能需要，靈活地分配無線資源來進一步節約網絡資源是非常有必要的。圖1為常見的協作多頻帶超寬帶系統無線資源管理內容。包括：子頻帶分配、功率分配、接入控制、Qos需求、協作伙伴選擇。非再生中繼模式的中繼節點不需要譯碼，具有低復雜度的優點特別適合兩跳中繼系統。所以在多媒體通信中，非再生協作多頻帶UWB系統是一種重要的通信模型。由于非再生協作超寬帶系統的資源分配方法較為復雜，一直罕有文獻報道此方面的研究。

發明內容

本發明針對以上問題的提出，而研制一種非再生協作多頻帶超寬帶系統的資源優化分配方法。本發明采用的技術方案如下：

一種非再生協作多頻帶超寬帶系統的資源優化分配方法，其特征在于

首先，通過對非再生協作多頻帶超寬帶系統進行性能分析，推導出該系統的信噪比和誤符號率SER的閉式表達式；

其次，在誤符號率SER的閉式表達式及其上限的基礎上，對子頻帶和功率分配兩個變量資源按照發送總功率最小化和覆蓋范圍最大化的優化目標提出的資源優化分配算法進行分配；分別根據信息論和網絡理論對上述優化目標和變量進行建模；

然后，利用分兩步走的次優化策略進行優化：第一步，針對上述優化目標對子頻帶采用基于貪婪算法的次優分配方法進行優化；第二步，針對上述優化目標對功率分配基于凸優化理論，將誤符號率SER上限的導數代入到優化目標實現過程中，同時利用求解一元三次方程的方法應用到本發明的資源優化分配算法的數學推導中；

最終，通過上述兩步走的次優化策略最終獲取次優化的資源利用方式。

所述誤符號率SER的閉式表達式為：

其中a_ns為子帶分配矩陣中的元素，且其中N表示用戶，s表示頻帶；b_n為用戶不同速率時的系數因子，且