[发明专利]一种多用户多中继通信系统的资源分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别涉及一种多用户多中继通信系统的资源分配方法。

背景技术

研究表明，基于中继站的无线通信网络结构可以有效地降低路径损耗所造成的功率资源的浪费，提高频谱利用率，并可利用自组织ad hoc网的多跳连通思想提高网络的抗毁性能，所以基于中继站的网络结构以及协作多路技术得到了广泛研究和关注，并在新一代移动通信、无线局域网和宽带无线网络等标准的制定时都考虑了如何引入中继协作处理的问题。

中继增强型蜂窝系统借助中继辅助通信，改善了小区边缘地区及热点地区的用户通信质量，扩大了小区覆盖面积，同时增加了系统频谱资源利用率，提升了蜂窝通信系统整体性能。然而，由于中继站的增加，传统的小区多用户调度和资源分配算法不再适用，新型算法的设计成为中继增强型蜂窝系统研究的关键问题。

多用户通信的关键问题是怎样有效的处理用户间的干扰，即如何有效的传送每个用户的数据。正交频分多址接入（OFDMA）是下一代移动通信系统中解决多用户复用的标准技术，通过结合OFDM 调制，OFDMA 将用户数据在频段上区分开来，将宽带信道划分为多个平坦衰落的子信道，在不同子信道上的用户之间理论上就不存在任何的干扰，这样就能有效的收发数据。

使用OFDMA 技术的多用户通信技术已较为成熟，已有的长期演进LTE-Advanced 提案中涉及到多用户存在时均考虑了OFDMA 技术，这种将多用户通信化归到单用户通信的方案需要更多的带宽，而设计问题主要集中在上层的子载波分配和物理层的功率分配上，自适应功率资源分配在协作网络中起着重要的作用。

本发明考虑多用户多中继通信系统，联合考虑子载波分配、子载波配对和功率分配等问题，相比已有资源分配算法有了明显增益。

发明内容

技术问题： 本发明的目的是提供一种多用户多中继通信系统的资源分配方法，使得多用户多中继通信系统获得令人满意的无线通信性能。

技术方案： 多用户多中继系统中的资源分配方法包括以下步骤：

a. 多用户多中继通信系统由一个基站发送端、                                                个中继站以及个移动用户接收端组成，移动用户均为两跳用户，其中和均为自然数；

b. 基站发送端通过个中继站服务个移动用户接收端，获取两跳链路的下行信道信息CSI，并利用现有的子载波分配算法将第二跳链路的子载波分配给个移动用户接收端；

c. 基站发送端根据第二跳链路的子载波分配情况和第一跳链路信道状态信息，利用子载波配对技术将第一跳链路的子载波分配给个中继站；

d. 在总功率约束下，基站发送端根据两跳链路的子载波分配情况和信道状态信息，为两跳链路的子载波分配发射功率；

e. 第一时隙，基站发送端根据预先分配的子载波和发射功率，发送移动用户的信息给相应的中继站；

f. 第二时隙，各中继站接收基站发送端发送的信号，并根据第二跳链路的子载波分配情况，解码转发移动用户的信号；

g. 移动用户接收中继站转发的信号，解码并进行相应的处理。

所述中继站为解码转发中继站；所述两跳用户的两跳链路均采用OFDM技术。

所述子载波分配算法是以系统容量最大化为目标的算法。

所述子载波配对技术为分别对两跳链路的子载波信道增益进行降序排列，然后逐个配对。

所述的分配发射功率是：采用注水算法为分配给各个用户的配对的子载波对进行功率分配,子载波对的功率分配，如下式

其中为第n个子载波对的等效信道增益与接收端噪声的比值，上式的解为：，其中的取值需满足总功率约束条件；P_T为总的发送功率。

再根据两跳信道条件分别为两跳链路上的子载波分配发送功率，表达式如下：

其中是基站发送端在子载波m上的发送功率，中继站r在子载波n上的发送功率，为分配给第k个用户子载波对的总功率，为中继站r到第k个用户在子信道n上的信噪比，为基站发送端到中继站r在子信道m上的信噪比。

有益效果：两跳链路各子载波上的信道状态信息（CSI）可以通过直接信道估计（TDD系统）得到。本发明与现有技术相比具有更高的频谱效率，并且不增加额外的反馈开销。

附图说明

图1 是多用户多中继通信系统模型，

图2 是多用户多中继通信系统频谱效率与信噪比的关系曲线，