[发明专利]多用户协作中继系统中基于功率最小化的资源分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多用户协作中继系统中的资源分配技术，尤其是涉及一种多用户协作中继系统中基于功率最小化的资源分配方法。

背景技术

随着生活质量的提高，人们对无线通信业务的要求越来越高，现有的第三代移动通信系统（3G）已经无法满足人们的这一要求。因此，研究人员正在致力于研究以LTE-A（LTE-Advanced）为代表的第四代移动通信系统（4G）。作为4G系统的关键技术之一，OFDMA（正交频分多址）接入技术是多载波调制技术应用于无线传播环境的典型代表。OFDMA接入技术可以有效地降低多径衰落引起的码间干扰（Inter-symbol Interference，ISI）并提高频谱利用率。除了OFDMA接入技术，4G系统还采用了很多关键性技术，如MIMO技术、协作中继技术等。MIMO技术利用在发射端和接收端安装多根天线来完成信号传输，产生空间分集增益，从而可以降低误码率，并提高传输的可靠性。虽然MIMO技术有很多优点，但是它的应用也受到了一定限制。在无线通信系统中，基站安装多根天线并不困难。然而，在上行链路中，由于移动用户终端的尺寸大小、实现复杂度及功率消耗等方面的限制，在移动用户终端上安装多根天线难以实现。正是由于MIMO技术的这一局限性，促使了协作中继技术的产生与发展。协作中继技术并不需要在移动用户终端上安装多根天线，而是通过在多用户情况下的单天线用户分享各自的天线，构建了一个虚拟的MIMO系统，为MIMO技术提供了一条走向实用化的途径。协作中继技术可以提高无线信道的传输速率及传输可靠性，增加系统的覆盖范围和系统的鲁棒性。

由于4G系统采用了多种关键技术，促使OFDMA系统中的资源分配问题研究需要关注更多的内容，如OFDMA接入技术与其他技术的联合资源分配问题。从不同方面，OFDMA系统中的资源分配问题可分为：速率自适应（RA）/功率自适应（MA）、不考虑比例公平/考虑比例公平、上行链路/下行链路、完备信道信息/不完备信道信息等。目前，大部分文献只研究了OFDMA系统下行链路资源分配问题，研究上行链路资源分配问题的文献较少，对其描述过于简单。另一方面，随着能源消耗的不断增长，全球变暖不断加速，无线通信系统中如何在满足用户速率要求的情况下减小能量消耗成为了一个新课题。在此基础上，人们提出了以高效、低耗、少排、无污、可回收为宗旨的绿色通信理念。而且对于移动用户终端来说，电池使用时间至关重要，如何降低其能量消耗具有广阔的应用前景。因此，多用户协作中继系统中的功率最小化问题日益成为无线通信中的研究热点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种多用户协作中继系统中基于功率最小化的资源分配方法，其在上行链路中进行子载波的分配和中继的选择，并且能够在满足用户目标速率的条件下，使得每个子载波上加载的能量最小，达到降低系统能耗的目的。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种多用户协作中继系统中基于功率最小化的资源分配方法，其特征在于包括以下步骤：

①假设多用户协作中继系统的上行链路中存在K个用户和M个中继，且每个用户和每个中继均只安装有一根天线，每个用户在N个子载波中的若干个子载波上通过若干个中继向基站传输数据，其中，K≥1，M≥1，N≥1；

假设任意一个用户向基站传输数据的过程分为两个阶段：第一阶段，该用户向所有中继广播其数据；第二阶段，能够对该用户所广播的数据进行译码的中继向基站转发其接收到的数据，其中，假设能够对该用户所广播的数据进行译码的其中一个中继为第m个中继，则第m个中继向基站转发其接收到的数据所占用的子载波与该用户向第m个中继广播数据时所占用的子载波相同，1≤m≤M；假设每个用户通过反馈信道将信道的瞬时状态信息反馈给基站，基站已知所有信道的瞬时状态信息；