[发明专利]一种基于跨层优化的OFDMA系统的QoS保证方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于多层联合资源分配优化的QoS保证方法，属于无线通信领域。

背景技术

本发明中研究的是3G-LTE的全IP OFDMA系统中的资源分配与QoS保证。目前，在B3G/4G无线蜂窝移动通信系统中，都采用了OFDM和OFDMA作为其基本的物理层技术。OFDM作为一种调制技术，与其它多址方式进行结合才适用于实际的多用户移动通信系统。OFDM与FDMA技术结合形成的OFDMA技术是B3G/4G系统下行链路最主流的无线多址接入方案。OFDMA将整个系统带宽分成若干个正交的子载波，若干个子载波组合成一个子信道，一个用户被分配一个或多个子信道。OFDMA是以OFDM调制为基础，通过给每个用户分配一定数量的子载波来实现多用户接入，在频率选择性衰落信道中有较强抵抗信道选择性衰落的能力。此外，OFDMA的分配机制非常灵活，可以根据用户业务量的大小动态分配子载波的数量，可以用一组或者几组子载波为某一用户服务，并且可以在不同的子载波上采用不同的调制机制及发射功率来减少干扰，增加传输效率，因而可以达到很高的频谱利用率。OFDMA已被广泛研究，与宽带CDMA及通用移动通信系统(UMTS)这类3G调制方案相比，它的好处在于具有更高的频谱效率和更好的抗衰落性能。

现有技术研究的OFDMA系统中的资源优化集中在多用户OFDM系统中的子载波、比特、功率分配。为了满足无线通信系统中用户的不同QoS需求，人们对网络协议的各层进行了深入的研究，并且开发出了各种的技术，比如物理层的多天线技术、自适应调制技术、功率控制技术；MAC层的各种调度算法；网络层各种路由算法等。然而这些研究只是局限在独立的各层中进行，并未考虑到各层之间的关系。对于一个时变信道的无线通信系统来是，仅仅对某一层的优化是不足以满足用户的QoS需求的。3G-LTE所具有的全分组网络特性在具有高频谱效率的同时却对QoS保证提出了巨大挑战。单层的优化设计很难在整个系统层面是最优的，越来越需要系统设计者通过一种跨层的方式实现更有效的算法。现有的跨层资源分配的研究主要集中在MAC层与物理层的两层联合优化。这些研究仅通过试图优化物理层的参数来满足MAC层调度的适宜性，以满足用户时延(delay)的要求。然而数据包要在MAC层可调度，除了物理层提供给MAC层足够的传输速率，以及MAC层富有效率的调度算法之外，还要求通过合适的CAC(Call Admission Control)方案限制接入到系统中的用户数目。如果呼叫接入控制CAC方案控制不当，接入系统的用户过多，即使物理层和MAC层的算法更优化，数据包长时延的排队都是不可避免的。

为了解决上述问题，本发明为3G-LTE的全IP OFDMA通信系统提出了一种基于多层联合资源分配的QoS保证方法，方法同时考虑物理层、介质访问控制层(MAC)和呼叫接入层(CallAdmission Control)三个协议层，用以保证全IP条件下多种业务的服务质量。本发明方法统一多层通信协议中对通信资源的量化和表达，把OFDMA物理层的资源如传输码率和功率映射为上层协议可以分配的等效频谱带宽，从而把QoS对资源的要求和限制表达为对等效频谱带宽分配的约束条件，并使得这些条件在不同的通信层中得到统一考虑。本发明方法能够保证不同业务所要求的误码率、传输延迟时间和连接中断概率，具有更好的资源利用率。

发明内容

本发明解决了3G-LTE的全IP OFDMA通信系统中单层的优化设计很难在整个系统层面是最优的，而现有跨层资源分配仅通过试图优化物理层的参数来满足MAC层调度的适宜性，以满足用户时延(delay)的要求，并未通过合适的CAC方案限制接入到系统中的用户数目的问题，提出一种基于跨层优化的OFDMA系统的QoS保证方法，同时考虑物理层、MAC层和呼叫接入层(Call Admission Control)三个协议层，用以保证全IP条件下多种业务的服务质量。方法统一多层通信协议中对通信资源的量化和表达，把OFDMA物理层的资源如传输码率和功率映射为上层协议可以分配的等效频谱带宽，从而把QoS对资源的要求和限制表达为对等效频谱带宽分配的约束条件，并使得这些条件在不同的通信层中得到统一考虑。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于跨层优化的OFDMA系统的QoS保证方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1：OFDMA系统物理层的功率和比特率分配及其对上层的制约

(1)根据香农定理和相关文献提出的OFDMA系统中单一子载波的基本速率模型推出某一业务类Φ_m的用户数据传输速率方程；