[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

本發明公開了多用戶MIMO?OFDM中基于用戶公平性和QoS的吞吐量優化方法，包括：推導獲得單個子載波支持的傳輸速率，及確定每個子載波可容納最大用戶數；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；定義吞吐量優化模型；利用所定義吞吐量優化模型根據用戶的優先級權重進行子載波的分配，具體為：對GBR用戶所需分配的GBR業務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業務；利用注水算法對每個用戶子載波的功率進行優化分配。本發明結合子載波分配、功率分配兩步進行系統吞吐量的優化，大大降低了算法復雜度，增加了資源優化的靈活性。

技術領域

本發明涉及一種多用戶MIMO-OFDM中基于用戶公平性和QoS的吞吐量優化方法，屬于無線通信系統的MIMO-OFDM吞吐量優化的技術領域。

背景技術

隨著無線通信的飛速發展以及移動終端數量的增加，用戶對于高速數據傳輸的要求越來越迫切。為了容納更多的用戶，提供更高質量的服務，無線通信對系統的吞吐量、用戶服務質量等各方面提出了更高的要求。

在無線通信系統中，MIMO和OFDM技術作為LTE中的兩項關鍵技術，在過去一段時間內一直受到很大的關注。MIMO技術通過引入空分多址，可以在不增加帶寬或總發送功率的情況下大幅度地增加系統吞吐量(throughput)。其核心在于：利用收發兩端多天線之間的空間自由度，建立多個平行的獨立信道來抑制信道衰落，進行數據傳輸，通過空分復用或者用戶分集達到提高系統容量的目的。OFDM(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing)即正交頻分復用技術，它是一種可靠的的高速數字數據傳輸技術，能夠適合存在多徑效應和多普勒頻移的復雜無線信道。這是因為OFDM采用了多條正交子載波代替的單一頻率的無線信道，將高速數據信號轉換成并行的低速子數據流，調制到在每個子信道上進行傳輸，利用其正交性減少子信道之間的相互干擾(ISI)。由于每個子信道上的信號帶寬小于信道的相關帶寬，因此每個子信道上可以看成平坦性衰落。故OFDM技術可以有效抑制多徑效應，消除碼間串擾，減輕頻率選擇性衰落的影響，大大提高無線信道的資源利用率。

多用戶MIMO-OFDM系統中，資源分配是提高頻譜效率的關鍵技術之一，由于不同種類業務對QoS速率、時延等要求各不相同，因此在保證QoS要求的前提下優化吞吐量一直是MIMO系統資源分配的熱點。然而，由于業務種類繁多，在最大化吞吐量的目標下，同時保證不同業務的速率和時延會造成約束條件過多，因此多數文獻只是簡單考慮了時延或者速率其一，沒有對業務QoS提供精細化的保證。另一方面，由于不同通信鏈路的信道狀況不一，一味的追求吞吐量，將資源分配給信道條件好的用戶，很容易引起資源分配的不公平性，導致絕大多數資源被極少數的用戶占用，其余用戶一直得不到資源調度。因此，在優化吞吐量的目標下合理兼顧用戶間的公平性成為了MIMO系統資源分配的另一熱點問題。目前為止，絕大多數文獻均未做到既合理兼顧用戶公平性，又對不同類型業務QoS提供精細化的保證。同時，由于多用戶MIMO通過空分復用，使得資源在可分配的維度上又增加了一倍，很多文獻也通過降低資源分配維度的方式實現了復雜度的降低：比如，規定每個子載波上只容納一個用戶，限定功率在每個子載波上平均分配等。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術的不足，提供一種多用戶MIMO-OFDM中基于用戶公平性和QoS的吞吐量優化方法，解決現有的系統未做到既合理兼顧用戶公平性，又對不同類型業務QoS提供精細化的保證的問題，結合子載波分配、功率分配兩步進行系統吞吐量的優化，大大降低了算法復雜度。

本發明具體采用以下技術方案解決上述技術問題：

多用戶MIMO-OFDM中基于用戶公平性和QoS的吞吐量優化方法，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；