[发明专利]基于有限反馈的OFDM-AF系统联合资源分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信领域的联合资源分配方法，具体是OFDM放大-转发（Amplify-and-Forward，AF）中继分集系统中基于有限反馈的联合资源分配。

背景技术

伴随着人们对高精度、高可靠性、强灵活性等通信要求的不断提高，解决由于通信范围的不断扩大以及通信环境的更加复杂多样而导致的严重的衰落和码间干扰等其非理想特性问题便显得尤为重要。其直接解决方案就是在无线通信系统中采用频谱效率更高、抗多径干扰能力更强的无线传输技术。在多种无线解决方案中，以能够显著提高系统容量的中继技术与以OFDM为代表的多载波调制技术与能脱颖而出。在中继协作通信系统中，信源在向信宿发送消息的同时，中继节点也会同时接收到这个消息，在将其直接放大或者解码重新编码之后转发给信宿。信宿再联合利用所有收到的消息进行解码。中继网络等同于在不需要配置多天线的条件下，提供了一定的中继协作分集，在扩大通信的同时提高了通信质量。基于OFDM技术高效的频谱利用率，以及优越的抗多径衰落能力，基于OFDM调制的中继技术已成为未来移动通信系统的物理层关键技术。

基于系统发送功率预算的有限性，以及中继网络中多跳中的子载波信道衰落的独立性，功率分配和子载波匹配已成为OFDM中继系统中亟待解决的问题。

然而，无论是功率分配，抑或是子载波匹配，都需要在获得网络信道信息的前提下才能实现。由于通信环境的复杂性和终端的随机移动性，功率分配向量与子载波匹配向量必须随着信道状态的改变而发生变化。由于传统的信道互易方法在载频分系统中已不再奏效，当前业界主要考虑的是通过反向链路将前向信道状态信息反馈回发射端。但是在多载波系统中，由于存在迂回滞后，信道估计误差、反馈链路有限的容量以及码本规模限制等因素的制约，完整信道信息反馈很难实现，有限反馈技术的提出，有效地克服了这一问题。

由于中继协作网络与生俱来的分布式特性，针对于OFDM中继网络的有限反馈研究还并不成熟。

N.Zhou及X.Zhu等在2009年IEEE International Conference on Communications会议文章“Dynamic Resource Allocation with Limited Feedback for OFDM Based CooperativeNetworks”中，考虑了一种基于有限反馈的非对称中继传输结构，增加了系统功率分配的自由度，但作者针对该模型只考虑了功率分配。他们又于2010年将上述成果进行拓展至IEEETrans.~Commun.期刊的论文“Optimal asymmetric resource allocation with limited feedback for OFDM based relay systems”中。Hajiaghayi等人在2009年的IEEE International Conference on Communications会议文献“Using Limited Feedback in Power Allocation Design for a Two-Hop Relay OFDM System”中，讨论了基于OFDM调制的两跳AF中继网络的功率分配，作者分别以最大化系统容量和最小化误符号率作为目标来设计算法。尽管该文献没有对两跳的子载波匹配进行讨论，但其基于Lloyd算法的思想被广泛采用。利用相似的方法，Zhang在Chinese Journal of Electronics上的文章“Power Allocation in Decode-and-Forward Cooperative OFDM Systems Using Perfect and Limited Feedback”中提出了类似的功率分配算法，但其讨论对象是基于OFDM的DF中继网络。F.Li，X.Ke等人在2010 IEEE Youth Conference on Information Computing and Telecommunications会议中发表的文章“A relay selection scheme with limit feedback in OFDM relay networks based onsubcarrier mapping”讨论了基于有限反馈的中继选择方案，尽管该文献涉及了子载波的匹配，但作者并没有分析系统中有限的功率分配。刘永和陈文在2011年IEEE International Conference on Communications会议文章“Capacity Based Adaptive Power Allocation for the OFDM Relay Networks with Limited Feedback”中考虑了基于有限反馈的AF网络的功率分配，但在该篇文献中，作者并没有考虑子载波匹配。