[發明專利]多用戶MIMO-OFDM中基于用戶公平性和QoS的吞吐量優化方法

有效

• 申請號: 201611231603.8
• 申請日: 2016-12-28
• 公開（公告）號: CN106658733B
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 潘甦;袁曦
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H04W72/04
• 分類號: H04W72/04;H04W72/08;H04W72/10;H04B7/0452;H04L5/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

1.多用戶MIMO-OFDM中基于用戶公平性和QoS的吞吐量優化方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、推導獲得多用戶MIMO-OFDM系統中單個子載波支持的傳輸速率，并確定每個子載波的可容納最大用戶數，采用公式：

其中，K_m是子載波上可容納的最大用戶數，N_T是發射天線數目，n_r是接收天線數目，表示對向下取整；

步驟2、將用戶分成GBR用戶和非GBR用戶，根據當前用戶的業務狀態定義各自的優先級權重；

步驟3、定義吞吐量優化模型；

利用所定義的吞吐量優化模型根據用戶的優先級權重進行子載波平行信道的分配，包括：對GBR用戶按業務優先級權重進行排序，依次為每個業務進行子載波的平行信道分配；對于剩余的子載波的平行信道，以比例公平調度算法分配給Non-GBR用戶；

利用注水算法對每個用戶所分配得到的子載波功率進行優化分配，以獲得最大化吞吐量。

2.根據權利要求1所述多用戶MIMO-OFDM中基于用戶公平性和QoS的吞吐量優化方法，其特征在于：所述步驟1推導獲得的單個子載波支持的傳輸速率為：

其中，λ_i，m為子載波m上用戶i等效信道矩陣的秩；N₀是滿足零均值復高斯隨機變量信道噪聲的功率；1/Γ是功率損失，且1/Γ＝-ln(5BER)/1.5；s_i，m，l是信道增益對角矩陣的第l個對角元素，即該子載波上用戶i的第l個等效平行信道；p_i,m,l是分配給該等效平行信道的功率，而α_i，m則表示用戶i是否在子載波m上，等于1時表示用戶i占用子載波m，等于0時表示不占用。

3.根據權利要求1所述多用戶MIMO-OFDM中基于用戶公平性和QoS的吞吐量優化方法，其特征在于：所述步驟2中定義各自的優先級權重為：

其中，W_i為用戶所對應的調度優先級，GBR_i表示第i個業務的保證比特率，T_i表示第i個業務容許的最大時延；D_i(t)表示第i個業務t時刻緩沖區隊首分組的等待時延，等于當前時間減去到達時間；對于實時業務，若D_i(t)＞T_i則丟棄該分組；r_i(t)為用戶的瞬時數據速率，為用戶一段時間內的平均速率。

4.根據權利要求1所述多用戶MIMO-OFDM中基于用戶公平性和QoS的吞吐量優化方法，其特征在于：所述步驟3定義的吞吐量優化模型為：

s.t.

α_i，m∈{0，1}

r_i≥g_i

D_i≤T_i

其中，R為系統總速率；M為子載波個數；K_m為子載波上可容納的最大用戶數；λ_i，m為子載波m上用戶i等效信道矩陣的秩；W_i為每個用戶所對應的調度優先級，α_i，m表示用戶i是否在子載波m上，等于1時表示用戶i占用子載波m，等于0時表示不占用；r_i，m，l為子載波m上用戶i的某一等效平行信道l上的帶寬歸一化數據速率；r_i為用戶的瞬時數據速率；g_i為用戶的保證速率；D_i表示第i個業務緩沖區隊首分組的等待時延；T_i表示第i個業務容許的最大時延；p_i，m，l為分配給某一等效平行信道l的功率；P_total為系統總功率。

5.根據權利要求1所述多用戶MIMO-OFDM中基于用戶公平性和QoS的吞吐量優化方法，其特征在于：所述步驟3中利用的注水算法為：

p_i，m≥0

其中，p_i，1為戶i在最小特征值空間子信道上的功率；p_i，m為用戶i在子載波m上所分配的功率；h_i，1為用戶i所在空間子信道中的最小特征值；h_i，m為用戶i在子載波m空間子信道上的特征值。