一种基于最小容量损失的资源分配方法

摘要

本发明公开了一种基于最小容量损失的资源分配方法，首先需要计算每个用户在每个RB上的Metric，将各个RB分配给Metric最大的用户；然后考察是否有用户存在非连续的RB：如果存在，按最小容量损失的原则将RB重新分配给相邻的用户，以保证RB分配的连续性；最后，一旦没有用户存在非连续的RB，就可以输出最终的分配结果。本发明提供的方法，采用了自顶而下的设计思路，加快了分配算法的收敛速度，提高了分配结果的总体性能；同时，本发明方法在每次迭代的过程中采用了性能损失最小的准则，控制了计算复杂度的增加，并保证了局部最优；而且本发明提出的资源分配算法能用于各种多载波通信系统。

说明书

技术领域

本发明涉及无线移动通信系统中的资源分配方法，尤其涉及一种应用于3GPP LTE上行链路的资源分配方法。

背景技术

资源分配是提高通信系统频谱效率的主要手段。为了能够支持高速数据业务，未来移动通信系统将采用宽带、多(收、发)天线的系统，而正交频分复用(以下简称OFDM)技术是未来移动通信系统的重要候选技术。为了抑制过高的峰均比(以下简称PAPR)，3GPP LTE的上行链路采用DFT扩展的正交频分复用(以下简称DFT-s-OFDM)技术。当多个用户同时接入到系统内时，需要将频谱资源在多个用户之间进行分配，从而获得多用户分集增益。最优的资源分配方法是遍历所有的分配可能性，但这样做计算复杂度太高。所以，目前的通信系统主要采用迭代最大值扩展方法(以下简称RME)。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于最小性能损失的连续子载波分配方法，其频谱效率高、实现复杂度低、适用于3GPP LTE系统上行链路的资源分配。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于最小容量损失的资源分配方法，包括如下步骤：

1)分别计算每个用户在每个RB上的Metric；

2)对应每个RB，比较每个用户在该RB上的Metric，寻找出Metric最大的用户作为最优用户，并将该RB分配给该最优用户；得到所有RB上的最优Metric集合和最优用户集合U；

3)将存在非连续RB的用户存放在集合1中，将没有被分配到任何RB的用户存在集合2中；

4)判断集合1中元素的个数：如果个数大于零，则跳转到步骤5)；否则输出集合U，并将结合U作为最终分配结果；

5)列出属于集合1的所有用户的所有RB，将它们的位置记入集合P；

6)在集合P的所有元素中，寻找出相邻位置被分配给不同用户的位置，并将寻找出的位置和其相应用户记录在集合P′和U′中；

7)计算将P′中元素所指示的RB分给U′中相应元素所指示的用户时的性能损失；

8)如果集合2非空，计算将P′中元素所指示的RB分给集合2中的用户时的性能损失；

9)比较步骤7)和步骤8)的所有计算结果，找到最小的值所对应的RB位置及用户，并将该RB重新分配给该用户；

10)更新集合集合U、集合1和集合2，并跳转到第4步；

其中，RB表示资源块，可以包含一个以上子载波；Metric表示性能度量，可以采用信道容量来表示，也可以采用信噪比(以下简称SNR)或其他性能指标来表示。

有益效果：本发明提供的一种基于最小容量损失的资源分配方法，采用了自顶而下的设计思路，加快了分配算法的收敛速度，提高了分配结果的总体性能；同时，本发明方法在每次迭代的过程中采用了性能损失最小的准则，虽然这种方法得到的结果不一定是总体上的最优的，但它控制了计算复杂度的增加，并保证了局部最优；而且本发明提出的资源分配算法能用于各种多载波通信系统。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示为一种基于最小容量损失的资源分配方法，其包括如下步骤：

1)分别计算每个用户在每个RB上的Metric；

2)对应每个RB，比较每个用户在该RB上的Metric，寻找出Metric最大的用户作为最优用户，并将该RB分配给该最优用户；得到所有RB上的最优Metric集合和最优用户集合U；

3)将存在非连续RB的用户存放在集合1中，将没有被分配到任何RB的用户存在集合2中；

4)判断集合1中元素的个数：如果个数大于零，则跳转到步骤5)；否则输出集合U，并将结合U作为最终分配结果；

5)列出属于集合1的所有用户的所有RB，将它们的位置记入集合P；

6)在集合P的所有元素中，寻找出相邻位置被分配给不同用户的位置，并将寻找出的位置和其相应用户记录在集合P′和U′中；

7)计算将P′中元素所指示的RB分给U′中相应元素所指示的用户时的性能损失；

8)如果集合2非空，计算将P′中元素所指示的RB分给集合2中的用户时的性能损失；

9)比较步骤7)和步骤8)的所有计算结果，找到最小的值所对应的RB位置及用户，并将该RB重新分配给该用户；

10)更新集合集合U、集合1和集合2，并跳转到第4步；

其中，RB表示资源块，可以包含一个以上子载波；Metric表示性能度量，可以采用信道容量来表示，也可以采用信噪比(以下简称SNR)或其他性能指标来表示。

假设一个单载波系统包含N个RB，每个RB由W个带宽为BHz的子载波组成，需要在K个用户之间进行分配；每个RB的Metric的好坏采用信道容量的大小来衡量。按照图1所示方法，首先需要计算每个用户在每个RB上的信道容量，将各个RB分配给容量最大的用户；然后考察是否有用户存在非连续的RB：如果存在，按最小容量损失的原则将RB重新分配给相邻的用户，以保证RB分配的连续性；最后，一旦没有用户存在非连续的RB，就可以输出最终的分配结果。

具体方法描述如下：

计算每个用户在每个RB上的信道容量：

C(k，n)＝WBlog₂[1+γ(k，n)][公式一]

其中，k表示用户序号，且0≤k≤K-1；n表示RB序号，且0≤n≤N-1；γ(k，n)表示第k个用户在第n个RB上的信噪比。当采用最小均方误差(以下简称MMSE)接收机时，可以表示为：

$\gamma (k,n)={(\frac{1}{\frac{1}{W}\underset{i=\mathrm{Wn}}{\overset{W(n+1)-1}{\Sigma }}\frac{g_{k,i}}{g_{k,i}+1}}-1)}^{-1}$[公式二]

这里

$g_{k,i}=\frac{p_k}{{\sigma }_k^2}{\left|H_{k,i}\right|}^2$[公式三]

其中，p_k表示第k个用户的发送功率；表示第k个用户的噪声方差；H_k，i表示第k个用户在第i个子载波上的频域信道参数估计。

在每一个RB上，比较每个用户在该RB上的信道容量大小，得到最大的信道容量及相应的用户，即最优用户：

$\bar{C}\left(n\right)=\underset{0\le k\le K-1}{\max }C(k,n)$0≤n≤N-1[公式四]

$U\left(k^{\prime }\right)=\arg \underset{0\le k\le K-1}{\max }C(k,n)$0≤n≤N-1[公式五]

将该RB分给该最优用户，并将每个RB上最大的信道容量及其对应的最优用户分别存储到集合和集合U中，即

$\bar{C}=[\bar{C}\left(0\right),K,\bar{C}(N-1)]$[公式六]

U＝[U(0)，K，U(N-1)]U(n)∈{0，K，K-1}[公式七]

将那些有非连续RB的用户放在集合1中，没有被分配到任何RB的用户放在集合2中，即

集合1：S₁＝[S₁(0)，K，S₁(M₁-1)]S₁(m)∈{0，1，K，K-1}[公式八]

集合2：S₂＝[S₂(0)，K，S₂(M₂-1)]S₂(m)∈{0，1，K，K-1}[公式九]

其中，M₁表示存在非连续RB的用户的总数；M₂表示没被分到任何RB的用户的总数。

计算集合1中元素的个数，如果个数大于零，开始循环；如果个数为零，循环结束，集合U即为输出的最终分配结果。

上述循环的步骤如下：

列出属于集合1的所有用户的所有RB，将它们的位置记为：

P＝[P(0)，K，P(L-1)]P(l)∈{0，1，K，N-1}[公式十]

其中，L表示集合1中所有用户的所有RB的总数。

列出P中所有元素的相邻位置：当P(l)＝0时，P(l)的相邻位置为P(l)+1；当P(l)＝N-1时，P(l)的相邻位置为P(l)-1；否则P(l)的相邻位置为P(l)-1和P(l)+1。在这些位置中寻找与P(l)属于不同用户的RB的位置，并记录该位置及用户：

P′＝[P′(0)，K，P′(L′-1)]P′(l)∈{P(0)，K，P(L-1)}[公式十一]

U′＝[U′(0)，K，U′(L′-1)]U′(k)∈{0，K，K-1}[公式十二]

计算将P′中元素所指示的RB分给U′中相应元素所指示的用户时的性能损失：

0≤l≤L′-1[公式十三]

如果集合2非空，计算将P′中元素所指示的RB分给集合2中的用户时的性能损失：

0≤k≤M₂-1[公式十四]

分别计算δ₁(P′(l))和δ₂(P′(l)，k)的最小值及其对应RB：

${\delta }_{\min ,1}=\underset{0\le l\le L^{\prime }-1}{\min }\left[{\delta }_1\left(P^{\prime }\left(l\right)\right)\right]$[公式十五]

$l^{\prime }=\arg \underset{0\le l\le L^{\prime }-1}{\min }\left[{\delta }_2\left(P^{\prime }\left(l\right)\right)\right]$[公式十六]

${\delta }_{\min ,2}=\underset{\underset{0\le k\le M_2-1}{0\le l\le L^{\prime }-1}}{\min }\left[{\delta }_1(P^{\prime }\left(l\right),k)\right]$[公式十七]

$[l^{\prime \prime },k^{\prime }]=\arg \underset{\underset{0\le k\le M_2-1}{0\le l\le L^{\prime }-1}}{\min }\left[{\delta }_2(P^{\prime }\left(l\right),k)\right]$[公式十八]

比较δ_min，1和δ_min，2的大小：如果δ_min，1≤δ_min，2，将P′(l′)位置上的RB重新分配给用户U′(l′)；如果δ_min，1＞δ_min，2，将P′(l″)位置上的RB重新分配给集合2中的用户S₂(k′)。

更新集合集合U、集合1和集合2。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。