[发明专利]基于中继的多小区正交频分复用系统资源分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种特别用于中继OFDM系统的多小区资源分配方法，属于通信技术领域。

 

背景技术

正交频分复用（Orthogonal frequency division multiplexing ，OFDM）是一种特殊的多载波传输方案，它既可以被看作一种调制技术，也可以被看作一种复用技术。正交频分复用（OFDM）最早起源于20世纪50年代中期，在60年代就已经形成了使用并行数据传输和频分复用的概念。1970年1月首次公开发表了有关OFDM的专利。OFDM技术把频带划分为若干正交的子频带可以有效克服无线信道多径衰落引起的符号间干扰，从而提供较高的频谱利用率；中继（Relay）技术的出现为在保证在较小的布网开销的条件下，扩大覆盖范围、消除覆盖盲点、降低网络架设费用进而极大地提升系统性能的可能，因此被认为是下一代宽带无线通信的关键技术并被写入到IEEE802.16j 标准中。先进的中继技术已经在各大研究机构、设备商和运营商之间开展深入研究和热烈的讨论。根据对接收信号处理的不同中继可分为两种模式：译码转发（DF）模式及放大转发（AF）模式。

近年来已有较多的研究工作针对于OFDM系统及中继系统资源分配问题。然而，未来无线通信网络需要提供更高的传输速率和更广的覆盖范围，单一技术的使用并不能同时满足这些要求，OFDM技术与中继技术的结合可以提供更好的用户服务体验、进一步保证蜂窝小区内及边缘用户的公平性而日益受到人们的关注。

但是两种技术的结合也使得原本并不简单的资源分配问题变得更为复杂，因为此时需要考虑四个方面的问题：（1）如何对第一跳链路（基站到中继的链路）和第二跳链路（中继到用户的链路）的子载波进行匹配；（2）如何在基站端和中继端为各子载波进行功率分配；（3）如何把子载波合理分配给不同用户从而可以使系统容量最大化；（4）如何最小化邻近小区间的干扰（inter-cell interference，ICI），进一步提升系统性能。尽管现存较多文献针对于中继OFDM系统资源分配进行研究，但多数仅限于单个小区的资源分配，并未考虑邻近小区间的干扰问题；然而实际当中小区间的干扰则是影响系统性能的最主要原因之一，也是在实际资源分配过程中不可忽略的因素之一，因此干扰消除和干扰协调技术也必将成为未来改善系统性能的主要方式。因此，急需引入考虑小区间干扰的资源分配方案来进一步提高频谱利用率。

发明内容

技术问题：本发明旨在提供一种适用于带有译码转发（DF）中继并考虑小区间共道干扰及用户公平性的基于中继的多小区正交频分复用系统资源分配方法，该方法是一种半分布式的干扰协调及载波、功率联合分配方案，用以实现系统资源的合理分配，并最终达到系统容量最大化的目标。

技术方案：本方法的设计紧密结合国内外最新的研究动态与成果，在基站和中继功率独立受限的约束下建立相应的资源优化模型，并应用于基于中继技术的OFDM多小区蜂窝移动通信系统中。采用了理论分析、可行性论证和计算机仿真相结合的方法，从理论和仿真两个方面验证了所提出的方案的有效性。

该方案通过将原优化目标划分为三个子层优化问题，从而将原混合整数非线性规划问题转化为易于求解的凸优化问题，同时给出了三层优化问题各自满足的目标函数表达式，第一层优化问题用于寻求最优的载波分配指数；第二层优化问题旨在解决在一定载波分配指示下，如何最优化系统各子载波的功率分配，基于等效信道增益概念该发明将目标函数中的max-min问题转化为标准闭合表达式形式，通过对偶分解并利用注水定理和循环迭代求得功率和载波联合分配的最优解，该部分功率分配算法在每个小区独立地进行运算，各小区之间不需要信令交互避免了集中式功率控制大量的信令交互过程；第三层优化则全面考虑系统中各小区之间的动态干扰，进行资源的重新分配以达到系统容量最大化的目标。此外该方法可以通过对不同等级用户优先权值的调节来实现用户公平性。

该方法以最大化系统容量为目标，在基站和中继功率分别受限的约束下进行容量优化，将总的容量优化目标划分为三个子层优化问题，从而将原混合整数非线性规划问题转化为易于求解的凸优化问题，第一层优化问题用于寻求最优的载波分配指数；第二层优化问题旨在解决在一定载波分配指示下，如何最优化系统各子载波的功率分配；第三层优化则全面考虑系统中各小区之间的动态干扰，进行资源的重新分配以达到系统容量最大化的目标，具体内容为：