[发明专利]基于图论的OFDMA无线多跳网资源分配方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及OFDMA无线多跳系统中的资源分配，可用于向链路分配子载波的问题。

背景技术

在OFDMA无线蜂窝通信系统中，由于链路数通常小于待传输的子载波数，而不同子载波在不同链路上的分配会产生一定的速率增益。有限子载波资源的分配方案，对系统的性能有很大的影响。现有的资源分配方法主要有：比例公平方法，匈牙利算法，最大值方法。

西门子（中国）有限公司申请的专利“多载波无线通信系统的子载波分配方法”（专利申请号200510115002，公开号CN1972266A）中，公开了一种多载波无线通信系统中的子载波分配方法，其步骤为：（1）将系统拥有的子载波沿频率轴划分为子频带，每个子频带由沿频率轴依次排列，并且至少包含一个系统所拥有的子载波。（2）对所述子频带上的无线信道冲激响应功率进行测量；（3）系统中的控制节点依据所述无线信道冲激响应功率的测量值为所述系统中的用户终端分配供其使用的子频带。最终分配完成。该方法的不足是：由于控制节点对用户终端使用的子频带上的无线信道冲击响应功率进行监视，对于业务量比较大的情况下，需要频繁的分配信道，这种监视很耗费资源，且此情况的资源利用率也有待提高。

文献[1]Fanglei Sun,Mingli You,Jin Liu,Pinging Wen,Shaoquan Wu“Joint Frequency-spatial Resource Allocation with Bipartite Matching in OFDM-MIMO Systerms”(978-1-4244-2517-4/09.2009IEEE)中提出的比例公平方法。比例公平方法其基本思想是利用论文中给出的公式，确定每一种链路的比例系数，然后将子载波与链路的速率矩阵按照比例系数转化为方阵，最后利用匈牙利算法进行最终分配，但是其比例系数的确定仅仅局限于矩阵元素大于1的情况，根据文献[2]Ioannis G.Fraimis,Stavros A.Kotsopoulos“QoS-Based Proportional Fair Allocation Algorithm for OFDMA Wireless Cellular Systerms”(IEEE COMMUNICATIONS LETTERS,VOL.15,NO.10,OCTOBER2011)]中所提出的确定链路速率矩阵的方法，会得到链路速率矩阵元素都小于1的情况，此时比例公平方法就不适用，并且由于依据比例系数将矩阵转化为方阵，增加了矩阵的规模将会使得计算复杂度增大，且资源利用率也不高。

以上算法都是基于单跳系统下的资源分配，没有考虑多跳系统下的频率复用和同频干扰问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提出一种基于图论的OFDMA无线多跳网资源分配方法，以保证在所有链路互不干扰的情况下，重复利用子载波资源，提高资源利用率。

实现本发明的基本思路是：在给每条链路分配子载波时，利用图论着色的方法进行分配，使得链路之间不被干扰，且重复利用子载波资源。

为实现上述目的，本发明实现如下：

（1）根据节点和链路产生基于OFDMA无线多跳网络的拓扑图G(V,E)，根据网络拓扑图和业务流，产生业务路由矩阵R，其中，V是图的顶点集合，E是图的边集合，

所述顶点集合V，包括多跳网络中的1个基站、d个中继站和m个移动终端，d≥1，m≥1，每个移动终端产生一个有向业务流，每个业务流所需要的最小速率为h_i，1≤i≤m；

所述边集合E，包括多跳网络中的l条链路，l≥2；

（2）计算每条链路所需要的子载波的数目：

2a）根据每个业务流所需要的最小速率h_i和业务路由矩阵R，计算每条链路所需要的传输速率v_i，1≤i≤l；

2b）利用香农公式计算单载波平均传输速率q，用每条链路所要求的传输速率v_i除以单载波平均传输速率q，得出每条链路所需要的子载波数目n_i，1≤i≤l；

（3）根据每条链路所需要的子载波数目n_i和相邻链路的干扰情况，利用着色理论对链路进行子载波预分配设置，以获得链路组合矩阵g：

3a）对s个OFDM的子载波进行编号：c₁、c₂……c_s；