一种用于OFDMA系统中的动态资源分配方法

摘要

本发明公开了一种用于OFDMA系统中的动态资源分配方法，包括：(1)参数初始化步骤；(2)子载波调度步骤；(3)功率分配步骤。本发明的方法无需大量逐步逼近搜索即可求解出最优功率，有效地降低了计算复杂度。当频谱效率达到系统要求后，此时能效作为主要考虑因素，通过本发明的方法可以求解出传输单位比特所耗能量最小，并能很好的取得频谱效率与能量效率的平衡折中，进一步提高能源利用率，使得通信更为节能环保。

主权项

一种用于OFDMA系统中的动态资源分配方法，包括：(1)参数初始化步骤；(2)子载波调度步骤；(3)功率分配步骤；其中，所述参数初始化步骤具体包括初始化如下参数：系统带宽B，子载波数目N，用户数目K，各用户要求的最小速率各用户在各子信道的信道增益h_k,n，其中，k＝1,2,…,K；n＝1,2,…,N，噪声功率σ²，目标误比特率P_k,e，各用户允许的最大传输功率P_k,max，各用户电路功率P_k,ckt，信噪比差额Γ，单个子载波带宽W，各用户在各信道的信道增益噪声比γ_k,n，功率放大器效率倒数α，及各个用户电路功率的静态功率P_k,s，k＝1,2,…,K；所述子载波调度步骤对所有子载波进行分配，分配给不同的用户，具体包括如下分步骤：(21).把每个用户已分配的子载波集合N_k设为空集未分配子载波集合为全集S＝{1,2,…,N}，各用户已分配的子载波数目m_k＝0，未分配子载波的用户集合记为K_E，临时用户集合为D＝{1,2,…,K}；(22).选取每个用户最差的子信道，计算出各用户采用最大功率发射时所能达到的最大传输速率，记为并将该传输速率作为参考速率；(23).选取临时用户集合D中所有用户在子载波集合S中信道质量最好的子载波序号，记为n_k，并计算各用户最大传输功率发射所能达到的最大传输速率(24).计算所有用户的速率增量从临时用户集合D中选取速率增量最大的用户序号选取步骤(23)中对应的子载波分给用户更新该用户已分配的子载波集合、各用户已分配的子载波数目、参考速率、未分配子载波集合、未分配子载波的用户集合；当剩余未分配子载波数目等于集合K_E中用户数目时，D＝K_E；(25).重复步骤(23)至(24)，直至所有子载波都分配完毕；所述功率分配步骤根据已分配的子载波集合，进行各用户功率分配，具体包括如下步骤：(31).计算各个用户在已分配子载波集合发送最小速率时所需的最小功率P_k,min；(32).计算出各个用户在已分配子载波集合上无功率限制要求及无速率约束条件下的功率的具体计算过程如下：求解单个用户的能效表达式u_k,EE:$u_{k,\mathrm{EE}}=\frac{R_{k,\mathrm{un}}}{{\mathrm{\alpha P}}_{k,\mathrm{un}}+P_{k,\mathrm{ckt}}}$其中，R_k,un、P_k,un分别表示用户k无最小速率要求及功率限制时所能达到的速率、功率；然后对能效进行求导，令导数为零，μ_k,un为用户k所对应的功率注水线；即可求解出用户k在已分配子载波集合上无功率限制且无速率约束的功率${\mu }_{k,\mathrm{opt}}^{*}\left(n^{\prime }\right)=\exp \left\{W_0\right[(\frac{P_{k,s}}{n^{\prime }\alpha }-\frac{1}{n^{\prime }}\underset{n=1}{\overset{n^{\prime }}{\Sigma }}\frac{1}{{\tilde{g}}_{k,n}}){\left(\prod _{n=1}^{n^{\prime }}{\tilde{g}}_{k,n}\right)}^{1/n^{\prime }}{e}^{-1}]+1-\frac{1}{n^{\prime }}\ln \left(\prod _{n=1}^{n^{\prime }}{\tilde{g}}_{k,n}\right)\}$其中，W₀(·)为Lambert函数，e为自然常数，n'为用户k已分配子载波集合中分配功率大于零的子载波数目，为按照降序排列后的信道增益噪声比，n'满足如下条件其中，表示正实数集，|N_k|表示用户k已分配的子载波数目，求解满足条件的n'，此时无最大传输功率限制及速率约束条件下的总传输功率为：$P_k^{*}=\underset{n\in N_k}{\Sigma }{p}_{k,n}=n^{\prime }{\mu }_{k,\mathrm{opt}}^{*}\left(n^{\prime }\right)-\underset{\underset{n\in N_k}{n=1}}{\overset{n^{\prime }}{\Sigma }}\frac{1}{{\tilde{g}}_{k,n}};$(33).计算出各个用户满足频谱效率要求下的最优能效时的功率P_k,opt(N_k)：$P_{k,\mathrm{opt}}\left(N_k\right)=\min (\max (P_k^{*},P_{k,\min }),P_{k,\max }).$