專利名稱：多用戶正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及裕量最優(yōu)化準(zhǔn)則下的一種多用戶正交頻分復(fù)用(OFDM)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在通信技術(shù)領(lǐng)域，通常情況下，在多用戶系統(tǒng)中較多的是采用靜態(tài)的時(shí)分復(fù)用 (TDMA)或者頻分復(fù)用(FDMA)作為接入方式。TDMA給每個(gè)用戶分配一個(gè)固定的時(shí)隙去傳輸數(shù)據(jù)，F(xiàn)DMA給每個(gè)用戶分配給一個(gè)固定的頻段去傳輸數(shù)據(jù)。在這些分配好的時(shí)隙或者頻段中，一個(gè)用戶未使用的子信道不能給其他用戶使用，而是白白地浪費(fèi)。例如，對于一個(gè)用戶處于深度衰落的子信道，對另外一個(gè)用戶來說，未必是處于深度衰落之中的。實(shí)際上，一個(gè)子信道不太可能對所有用戶均處于深度衰落狀態(tài)。因此需要對多用戶系統(tǒng)的信道資源進(jìn)行合理的配置，使之發(fā)揮最大的作用。現(xiàn)有技術(shù)中一般采用經(jīng)典的兩步算法來對多用戶系統(tǒng)的信道資源進(jìn)行分配，但是經(jīng)典的兩步算法每一步驟所追求的目標(biāo)與系統(tǒng)總體的目標(biāo)不完全一致，使得現(xiàn)有的經(jīng)典算法的復(fù)雜度比較高，影響了系統(tǒng)的運(yùn)行。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種多用戶正交頻分復(fù)用系統(tǒng)，降低了系統(tǒng)資源分配算法的復(fù)雜度，優(yōu)化了系統(tǒng)的運(yùn)行效率。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種多用戶OFDM系統(tǒng)，包括用戶信道狀態(tài)信息提供模塊，提供各用戶的信道狀態(tài)信息；系統(tǒng)資源分配裝置，與所述用戶信道狀態(tài)信息提供模塊相連接，根據(jù)所述信道狀態(tài)信息分配整個(gè)系統(tǒng)的信道資源；動(dòng)態(tài)調(diào)制模塊，分別與所述系統(tǒng)資源分配裝置和多個(gè)用戶數(shù)據(jù)相連接，根據(jù)所述系統(tǒng)資源分配裝置的指示選擇對哪一個(gè)用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)制，分配到不同的子載波上；IFFT并/串變化模塊，與所述動(dòng)態(tài)調(diào)制模塊相連接，按照反快速傅里葉變換對所述子載波進(jìn)行串/并變化；添加循環(huán)前綴及D/A轉(zhuǎn)換模塊，與所述IFFT并/串變化模塊相連接，用于對所述子載波添加循環(huán)前綴以及進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換；天線，與所述添加循環(huán)前綴及D/A轉(zhuǎn)換模塊相連接，發(fā)送所述用戶的數(shù)據(jù)；其中，所述系統(tǒng)資源分配裝置包括系統(tǒng)資源初分配模塊，與所述用戶信道狀態(tài)信息提供模塊相連接，根據(jù)各用戶的數(shù)據(jù)速率要求以及信道特性，決定每個(gè)用戶所分配到的子載波數(shù)，試探性地決定在每一個(gè)子載波上傳送的比特?cái)?shù)以及相應(yīng)的功率；子載波調(diào)整模塊，分別與所述系統(tǒng)資源初分配模塊和所述動(dòng)態(tài)調(diào)制模塊相連接，將分配給各用戶的子載波進(jìn)行比較，并對所述子載波進(jìn)行調(diào)整。可選地，所述每個(gè)用戶所分配到的子載波數(shù)是根據(jù)每個(gè)用戶的平均信道響應(yīng)來決定的?？蛇x地，所述系統(tǒng)分配給所有用戶的總功率與所述子載波數(shù)成比例關(guān)系?？蛇x地，所述每個(gè)子載波上最多只能傳輸6比特?？蛇x地，所述信道特性包括子載波的信道增益與噪聲方差的比。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)本實(shí)用新型通過對經(jīng)典的兩步算法進(jìn)行了調(diào)整，讓每一步驟所追求的目標(biāo)與系統(tǒng)總體的目標(biāo)完全一致，使得分配算法能夠快速收斂，降低了系統(tǒng)資源分配算法的復(fù)雜度，優(yōu)化了系統(tǒng)的運(yùn)行效率。在限定用戶數(shù)據(jù)速率的條件下，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)發(fā)送功率的最小化，即裕量最優(yōu)化準(zhǔn)則。

本實(shí)用新型的上述的以及其他的特征、性質(zhì)和優(yōu)勢將通過
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例的描述而變得更加明顯，其中圖1為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的多用戶OFDM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的多用戶OFDM系統(tǒng)資源分配裝置的結(jié)構(gòu)框圖；圖3為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的多用戶OFDM系統(tǒng)資源分配裝置的算法在不同誤碼率條件下系統(tǒng)給所有用戶分配的子載波總數(shù)示意圖；圖4為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的多用戶OFDM系統(tǒng)資源分配裝置的算法在不同誤碼率條件下系統(tǒng)的發(fā)送功率示意圖；圖5為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的多用戶OFDM系統(tǒng)資源分配裝置的算法復(fù)雜度與系統(tǒng)中用戶數(shù)目的對比關(guān)系示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。圖1為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的多用戶OFDM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，該多用戶OFDM系統(tǒng)100具有子載波及比特分配特性。假設(shè)這個(gè)系統(tǒng)有K個(gè)用戶，N個(gè)子載波， 其中第K個(gè)用戶的數(shù)據(jù)速率為iGAit/OFDM符號)。在發(fā)送端，用戶信道狀態(tài)信息提供模塊101用于提供各用戶的信道狀態(tài)信息；系統(tǒng)資源分配裝置106與用戶信道狀態(tài)信息提供模塊101相連接，用于控制整個(gè)系統(tǒng)的信道資源分配；動(dòng)態(tài)調(diào)制模塊102，與系統(tǒng)資源分配裝置106相連接，用于根據(jù)系統(tǒng)資源分配裝置106的指示選擇對哪一個(gè)用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)制，分配到不同的子載波上；IFFT并/串變化模塊103，與動(dòng)態(tài)調(diào)制模塊102相連接，用于按照反快速傅里葉變換(IFFT)對子載波進(jìn)行串/并變化；添加循環(huán)前綴及D/A轉(zhuǎn)換模塊 104，與IFFT并/串變化模塊103相連接，用于對子載波添加循環(huán)前綴以及進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換； 天線105，與添加循環(huán)前綴及D/A轉(zhuǎn)換模塊104相連接，用于發(fā)送用戶的數(shù)據(jù)。在上述系統(tǒng)中，每個(gè)用戶通過將不同的數(shù)據(jù)流分配到不同的子載波上。假設(shè)每一子載波的帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于信道的相關(guān)帶寬，并且所有用戶的每個(gè)子載波上信道參數(shù)對發(fā)送端是已知的。利用這些信道信息，使用子載波及比特分配算法來分配不同用戶在不同子載波上的傳輸量。根據(jù)不同子載波上分配的比特?cái)?shù)，確定相應(yīng)的調(diào)制方案，每一子載波上的傳輸功率大小級數(shù)由通信服務(wù)質(zhì)量及調(diào)制模式?jīng)Q定。定義Ck,n為用戶k在第η個(gè)子載波上分配的比特?cái)?shù)，并確定自適應(yīng)調(diào)制允許Ck,n的取值為D = {0，1，2···Μ}，其中M為子載波傳輸?shù)淖畲笮畔⒈忍財(cái)?shù)。對于頻率選擇性信道，不同的子載波有不同的信道增益，假設(shè)高斯白噪聲的功率譜密度Ntl對所有用戶的所有子載波是相同的，σΙ 為第k個(gè)用戶的第η個(gè)子載波的信道特性(信道增益與噪聲方差的比)。定義fk(c)為信道響應(yīng)為1的時(shí)候，第k個(gè)用戶可靠接收 c個(gè)比特所需要的接收功率。為了在接收端達(dá)到指定的服務(wù)質(zhì)量要求，對第k個(gè)用戶分配在第個(gè)η子載波上接收功率Pk,n必須滿足Pk, ^^在本實(shí)用新型的多用戶OFDM系統(tǒng)中，主要使用裕量最優(yōu)化準(zhǔn)則，就是在所有用戶的數(shù)據(jù)速率IR1,... ,RJ給定的情況下，使?jié)M足傳送IR1,... ,RJ這些數(shù)據(jù)速率的總的發(fā)送功率Pt最小。用數(shù)學(xué)表達(dá)式表達(dá)如下min A= min^Z^^.A,
cKn^PKn k=} n=}上述公式的限制條件是
NKRk = Y4Ckn-pKn , Y4Pkn=I
n=\k=\其中，Pt表示總的發(fā)送功率，P k,n為第k個(gè)用戶對第η個(gè)子載波的占用情況，如果占用，則值為1，否則就為0。圖2為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的多用戶OFDM系統(tǒng)資源分配裝置的結(jié)構(gòu)框圖。如圖所示，多用戶OFDM系統(tǒng)資源分配裝置106，可以包括系統(tǒng)資源初分配模塊201，用于根據(jù)各用戶的數(shù)據(jù)速率要求以及信道特性，例如子載波的信道增益與噪聲方差的比，決定每個(gè)用戶所分配到的子載波數(shù)，試探性地決定在每一個(gè)子載波上傳送的比特?cái)?shù)以及相應(yīng)的功率；子載波調(diào)整模塊202，與系統(tǒng)資源初分配模塊201相連接，用于將分配給各用戶的子載波進(jìn)行比較，如果發(fā)現(xiàn)各用戶之間交換子載波可以減小系統(tǒng)功率要求，則對子載波進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。在本實(shí)施例中，每個(gè)用戶所分配到的子載波數(shù)是根據(jù)每個(gè)用戶的平均信道響應(yīng)來決定的，系統(tǒng)分配給所有用戶的總功率與子載波數(shù)成比例關(guān)系，每個(gè)子載波上最多只能傳輸6比特。下面描述本實(shí)用新型的多用戶OFDM系統(tǒng)資源分配裝置的工作步驟。與經(jīng)典的兩步算法類似，本實(shí)用新型同樣可以分為兩個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)(a)系統(tǒng)資源初分配根據(jù)各用戶的數(shù)據(jù)速率率&要求以及信道特性n，決定每個(gè)用戶所需的子載波數(shù)Nk，試探性地決定在每一個(gè)子載波上傳送的比特?cái)?shù)及相應(yīng)的功率Pk,n;
5[0043](b)子載波調(diào)整將在步驟(a)中分配給不同用戶的子載波進(jìn)行比較，如果發(fā)現(xiàn)各用戶之間交換子載波可以減小系統(tǒng)功率要求，則對子載波進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。上述兩個(gè)步驟的具體實(shí)現(xiàn)過程可以如下所示(a)系統(tǒng)資源初分配根據(jù)每個(gè)用戶的平均信道響應(yīng)來初步?jīng)Q定每個(gè)用戶所需要的子載波數(shù)以及相應(yīng)功率。在算法中系統(tǒng)分配給所有用戶的總功率應(yīng)該與子載波數(shù)成比例關(guān)系。假設(shè)NpPci為系統(tǒng)中子載波數(shù)和功率的上限，而Na、Pa為系統(tǒng)分配給所用用戶的子載波以及功率總和。Na、 Pa必須滿足
權(quán)利要求1. 一種多用戶OFDM系統(tǒng)，其特征在于，包括 用戶信道狀態(tài)信息提供模塊，提供各用戶的信道狀態(tài)信息；系統(tǒng)資源分配裝置，與所述用戶信道狀態(tài)信息提供模塊相連接，根據(jù)所述信道狀態(tài)信息分配整個(gè)系統(tǒng)的信道資源；動(dòng)態(tài)調(diào)制模塊，分別與所述系統(tǒng)資源分配裝置和多個(gè)用戶數(shù)據(jù)相連接，根據(jù)所述系統(tǒng)資源分配裝置的指示選擇對哪一個(gè)用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)制，分配到不同的子載波上；IFFT并/串變化模塊，與所述動(dòng)態(tài)調(diào)制模塊相連接，按照反快速傅里葉變換對所述子載波進(jìn)行串/并變化；添加循環(huán)前綴及D/A轉(zhuǎn)換模塊，與所述IFFT并/串變化模塊相連接，用于對所述子載波添加循環(huán)前綴以及進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換；天線，與所述添加循環(huán)前綴及D/A轉(zhuǎn)換模塊相連接，發(fā)送所述用戶的數(shù)據(jù)； 其中，所述系統(tǒng)資源分配裝置包括系統(tǒng)資源初分配模塊，與所述用戶信道狀態(tài)信息提供模塊相連接，根據(jù)各用戶的數(shù)據(jù)速率要求以及信道特性，決定每個(gè)用戶所分配到的子載波數(shù)，試探性地決定在每一個(gè)子載波上傳送的比特?cái)?shù)以及相應(yīng)的功率；子載波調(diào)整模塊，與所述系統(tǒng)資源初分配模塊相連接，將分配給各用戶的子載波進(jìn)行比較，并對所述子載波進(jìn)行調(diào)整。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種多用戶OFDM系統(tǒng)，包括系統(tǒng)資源初分配模塊，用于根據(jù)各用戶的數(shù)據(jù)速率要求以及信道特性，決定每個(gè)用戶所分配到的子載波數(shù)，試探性地決定在每一個(gè)子載波上傳送的比特?cái)?shù)以及相應(yīng)的功率；子載波調(diào)整模塊，與系統(tǒng)資源初分配模塊相連接，用于將分配給各用戶的子載波進(jìn)行比較，如果發(fā)現(xiàn)各用戶之間交換子載波可以減小系統(tǒng)功率要求，則對子載波進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。本實(shí)用新型通過對經(jīng)典的兩步算法進(jìn)行了調(diào)整，讓每一步驟所追求的目標(biāo)與系統(tǒng)總體的目標(biāo)完全一致，使得分配算法能夠快速收斂，降低了系統(tǒng)資源分配算法的復(fù)雜度，優(yōu)化了系統(tǒng)的運(yùn)行效率。在限定用戶數(shù)據(jù)速率的條件下，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)發(fā)送功率的最小化，即裕量最優(yōu)化準(zhǔn)則。
文檔編號H04L27/26GK202153748SQ20102068570
公開日2012年2月29日 申請日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者吳森 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第五十研究所