[發明專利]正交頻分多址系統的子載波分配方法

有效

• 申請號: 201710495415.4
• 申請日: 2017-06-26
• 公開（公告）號: CN107124256B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 石嘉;萬鵬武;鐘武;李贊;梁琳琳
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學;西安中電科西電科大雷達技術協同創新研究院有限公司
• 主分類號: H04L5/00
• 分類號: H04L5/00;H04W72/04
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

本發明公開了一種基于雙向排除最差信道方法的正交頻分多址系統子載波分配方法，主要解決現有技術無法進行動態調整分配順序且復雜度較高的問題。其方案其實現過程為：1)構建信道質量矩陣；2)從信道質量矩陣中找出最差信道質量；3)對最差信道質量對應的用戶與子載波進行預分配，選擇子載波分配模式；4)用選定的模式進行子載波分配；5)利用子載波分配信息更新相關集合變量；6)通過檢測相關集合判斷子載波分配是否完成，若未完成則從上述步驟2開始重復進行。該方法不僅能夠獲得通信可靠性和頻譜效率的最佳權衡，保證較高的用戶通信公平性，同時具有較低復雜度，有較好的實用價值，可用于多載波通信中的頻譜資源分配。

技術領域

本發明屬于通信技術領域，特別涉及一種子載波分配方法，可用于多載波通信中的頻譜資源分配。

背景技術

正交頻分多址技術OFDMA作為LTE、LET-A等協議中的核心接入技術，已被廣泛應用于無線移動通信中。由于正交頻分多址技術可使通信系統獲得較高的頻譜效率及能量效率，因此，未來5G移動通信將會繼續廣泛應用該多址接入技術。然而，有效利用頻譜資源，也就是高效動態分配子載波已成為在未來通信中實現正交頻分多址技術的核心研究熱點。

關于正交頻分多址系統中的子載波分配問題，大多數現有研究的設計目標為最大化系統的速率和頻譜效率。然而，忽略了另外一個重要的通信性能指標，也就是如何通過子載波分配提高系統的通信可靠性。當子載波分配設計目標為系統通信可靠性時，相應的優化問題將會是離散非凸優化問題，其求解復雜度為NP hard。因此，在正交頻分多址系統中，子載波分配的現有研究大多集中在如何設計低復雜度次優分配方案。

若基于最優化系統的通信可靠性，現有研究應用匈牙利算法可取得最優分配結果，但其要求非常高的復雜度。然而，其他現有子載波分配的次優方法有許多缺陷。例如，非常著名的貪婪方法Greedy，其根據分配要求，依次給每個用戶分配當前可選的最好子載波。這樣以來，最后被分配的用戶往往沒有可選子載波，從而導致相應信道質量很差，進而使系統的通信可靠性大大降低。為了解決Greedy方法的重大缺陷，現有研究提出了最差載波避免方法WSA,其通過預先分配排序，有效避免了較差信道的分配，從而提高系統通信可靠性。基于類似設計思路，現有研究還提出了其他方法，例如：最差用戶優先貪婪方法WUF。然而，WSA和其他類似方法的最大缺陷是不能夠動態調整分配順序，同時忽略了最大化最強信道。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提出一種正交頻分多址系統的子載波分配方法(BWSA)，以動態調整分配順序，降低子載波分配的復雜度，實現正交頻分多址系統的最佳通信可靠性與頻譜效率的權衡。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

(1)構建信道質量矩陣A：

其中表示用戶k在子載波j上的信道質量，|h_k,j|²為用戶k在子載波j上的信道增益，N_k,j為用戶k在子載波j上的噪聲功率,M和K分別為正交頻分多址系統中子載波總數量和用戶總數量；

(2)從信道質量矩陣A中找出最差的信道質量值

其中，k^*與j^*分別為信道質量最差時用戶以及子載波的序號，為可選擇用戶序號的集合，其被初始化為L，L為包含所有用戶序號的集合，為可選擇子載波序號的集合，其被初始化為R，R為包含所有子載波序號的集合；

(3)選擇最差子載波排除模式或最差用戶排除模式：

(4)按照(3)選定的模式進行子載波分配，獲得最佳可選信道質量：