非理想信道状态信息下基于用户带宽需求的OFDMA系统下行资源分配方法

摘要

一种非理想信道状态信息下基于用户带宽需求的OFDMA系统下行资源分配方法，首先，获得基于用户带宽需求的子信道分配策略，据此推导出用户带宽分配率公式和用户占用子信道信噪比估计值的概率密度函数，并据此概率密度函数进行推导获得用户平均误比特率表达式；然后，将满足用户带宽需求和平均误比特率上限要求条件下最大化链路频谱效率问题分解为子信道分配和平均误比特率约束下调制方案最优化两个问题。通过建立子信道分配问题的数学模型，获得满足用户带宽需求的用户权值向量。针对平均误比特率约束下调制方案最优化问题，通过对最优调制方案向量进行可行搜索，获得用户最优调制方案向量。本发明可应用到实际OFDMA系统下行链路中。

主权项

一种非理想信道状态信息下基于用户带宽需求的OFDMA系统下行资源分配方法，其特征在于所述资源分配方法步骤如下：步骤一、对OFDMA系统非理想信道进行建模，获得非理想信道模型：其中，为用户u信道估计时刻第k个子信道信道频域响应的估计值；H_u，k为用户u传输时刻第k个子信道信道频域响应；ρ_u为与H_u，k的相关系数；E_u，k为用户u第k个子信道信道估计误差；X为0均值方差为1的复高斯随机变量；K为子信道个数，U为系统用户个数；步骤二、根据非理想信道模型，获得用户u传输时刻第k子信道信噪比γ_u，k的条件概率密度函数：其中，为用户u信道估计时刻第k个子信道信噪比估计值，I₀(x)为0阶第一类修正贝塞尔函数；N_r，u为一个子帧内用户u导频信号占用OFDM符号的个数，为用户u子信道信噪比均值；步骤三、在基于用户带宽需求的子信道分配策略下，获得用户u带宽分配率P_u(w，s^(u)，p_b，l)为在对第k个子信道进行分配的过程中，第k个子信道反馈数字化归一化信噪比估计值为l的用户u获得该子信道使用权的概率，l＝1，2，…L；为量 化等级个数，N_Q为量化比特数；为用户u量化门限值向量，p_b为反馈信道误比特率，w为用户权值向量；步骤四、对L个量化区间上子信道信噪比估计值的概率密度函数进行加权求和，获得用户u占用子信道反馈数字化归一化信噪比估计值为l时的该子信道信噪比估计值的概率密度函数：式中，为用户u子信道信噪比估计值均值，d_l，q表示在用户端被量化为第q个量化等级的子信道归一化信噪比估计值在基站被误认为是在第l个量化等级的概率，表示用户u第k子信道反馈数字化归一化信噪比估计值为l的概率；步骤五、根据的概率密度函数，分别获得用户u频谱效率表达式和平均误比特率表达式，其中：用户u频谱效率表达式为：其中，为用户u的调制方案向量，表示：当第k个子信道反馈数字化归一化信噪比估计值为l时，用户u在该子信道内一个子载波上一个OFDM符号时间内传输的比特数，与调制方式相对应，l＝1，2，…，L；用户u的平均误比特率表达式为：其中，为在C^(u)中第l种调制方式下信噪比为时用户u的误比特率；表示用户u占用子信道反馈数字化归一化信噪比估计 值为l时的该子信道信噪比；步骤六、针对在满足用户带宽需求和平均误比特率上限要求条件下最大化链路频谱效率问题，建立数学模型：其中，为用户u平均误比特率上限要求；λ_u为用户u带宽需求系数；步骤七、将步骤六中的资源分配问题分解为子信道分配问题和平均误比特率约束下调制方案最优化问题；步骤八、针对步骤七中子信道分配问题，建立数学模型：其中，P_u(w)为与s^(u)和p_b均无关的用户u带宽分配率；通过数值方法，即利用Matlab优化工具箱中的Fmincon函数得到满足用户带宽需求的用户权值向量w^*；步骤九、针对步骤七中平均误比特率约束下调制方案最优化问题，通过对最优调制方案向量进行可行搜索，获得用户u的最优调制方案向量C^(u)*；步骤十、在每个子帧内，根据基于用户带宽需求的子信道分配策略和步骤八得到的用户权值向量w^*，为用户进行子信道分配；然后，根据步骤九中得到的最优调制方案向量C^(u)*(u＝1，2，…，U)，为每个用户 占用的子信道进行速率分配。