基于802.16m的OFDMA系统的上行资源分配与调度方法

摘要

本发明涉及一种基于802.16m的OFDMA系统的上行资源分配与调度方法。现有的信息传输成本高。本发明方法包括基站对用户的时隙分配和用户对业务的时隙调度；时隙分配具体为：基站需要根据用户的带宽请求信息来确定时隙分配过程中各个用户的优先级，然后按照用户的优先顺序，并根据用户的信噪比为每个用户分配相应的时隙，确定在该时隙内的调制方式并分配相应的功率。时隙调度具体为：基站通过上行管理消息UL-MAP将资源分配情况发送给每个用户，用户按照基站分配给它的时隙来进行上行传输，由用户的资源调度器调度具体时隙分配和业务。本发明综合考虑了多用户和多业务场景下的资源分配方法，具有较强的适用范围。

主权项

1.基于802.16m的OFDMA系统的上行资源分配与调度方法，其特征在于该方法包括基站对用户的时隙分配和用户对业务的时隙调度；基站对用户的时隙分配的具体步骤为：a、初始化系统参数；系统中有K个用户、N个子信道和T个OFDMA符号，每个子信道包含q个子载波数，上行子帧中的任意一个时隙为具有M个OFDMA符号的一个子信道，一个上行子帧具有N×L个时隙，其中L＝T/M；用η_k，n，l表示时隙(n，l)是否分配给用户k，当η_k，n，l＝1时表示时隙(n，l)分配给了用户k，而η_k，n，l＝0时表示时隙(n，l)没有分配给用户k；初始化η_k，n，l＝0，k＝1，2，…，K，n＝1，2，…，N，l＝1，2，…，L；用U表示未满足需求的用户集合，初始化U＝{1，2，…，K}；用C表示时隙未被全部占用的子信道集合，初始化C＝{1，2，…，N}；用NL表示未被分配的时隙集合，初始化NL＝{(1，1)，(1，2)，…，(1，L)，(2，1)，(2，2)，…(2，L)，…，(N，1)，(N，2)，…(N，L)}；b、确定用户的优先级；用表示用户k的业务s在当前上行子帧内需要传输的最小比特数，根据五种业务流的不同QoS需求，它们在当前上行子帧内需要传输的最小比特数各不相同：非请求授权业务：其中D_k，ugs表示非请求授权业务的最大可容忍的延时，B_k，ugs表示用户k在上行子帧中需要传输的非请求授权业务的比特数目；实时轮询业务：其中D_k，rtps表示实时轮询业务的最大可容忍延时，表示实时轮询业务当前时刻所经历的延时，则表示完成实时轮询业务的发送还剩余的时间，D_th，rtps表示预先设定的实时轮询业务的延时门限，设为1或者2；当0＜ΔD_k，rtps≤D_th，rtps时就认为实时轮询业务有超时的危险，所以需要在当前帧内传输所有剩余的实时轮询业务数据B_k，rtps；当ΔD_k，rtps＞D_th，rtps时表明实时轮询业务暂没有超时的危险，所以为将资源留给更加迫切需要带宽的业务，实时轮询业务在当前上行子帧内以平均速率进行传输；扩展实时轮询业务：其中α＞1为常数，用来表明在同等情况下，扩展实时轮询业务比实时轮询业务具有更高的优先级；D_k，ertps表示扩展实时轮询业务的最大可容忍延时，表示扩展实时轮询业务当前时刻所经历的延时，则表示完成扩展实时轮询业务的发送还剩余的时间，D_th，ertps表示预先设定的扩展实时轮询业务的延时门限，设为1或者2；当0＜ΔD_k，ertps≤D_th，ertps时就认为扩展实时轮询业务有超时的危险，所以需要在当前帧内传输所有剩余的扩展实时轮询业务数据B_k，ertps；当ΔD_k，ertps＞D_th，ertps时表明扩展实时轮询业务暂没有超时的危险，所以为将资源留给更加迫切需要带宽的业务，扩展实时轮询业务在当前上行子帧内以平均速率进行传输；非实时轮询业务：其中表示非实时轮询业务必须要达到的最小传输速率；尽力而为的业务：满足其中s∈{UGS，RtPS，ErtPS，NrtPS}；当用户的信噪比在一个上行子帧内保持不变时，则执行步骤c1至步骤i1；c1、在集合U中选择优先级最高的用户d1、在集合C中为用户k^*选择具有最大信道增益的子信道其中表示用户k^*在子信道n上的信噪比，它在一个上行子帧内保持不变；e1、为用户k^*在子信道n^*内选择自适应编码和调制模式，具体为：初始时选择最高等级的自适应编码和调制模式，如果在后续步骤中发现选择的自适应编码和调制模式不能满足功率约束，则依次将自适应编码和调制模式下调一个等级；f1、从子信道n^*的第一个可用时隙开始依次连续地在该子信道内为用户k^*分配时隙，所述的第一个可用时隙是子信道n^*中第一个的时隙，每选择一个时隙(n^*，l)，令计算此时用户的传输速率表示用户k^*在时隙(n^*，l)上所加载的比特数；g1、比较与其中s∈{UGS，RtPS，ErtPS，NrtPS，BE}表示用户k^*在当前上行子帧内所需传输的最小比特数，当则跳转至f1，当子信道n^*的所有时隙都被占用后，还是小于则另C＝C/{n^*}，并跳转至d1；当则停止对用户k^*的时隙分配，并计算用户k^*当前所需的发射功率其中表示用户K^*在时隙(n^*，l)中的总发射功率，等于在该时隙中各个子载波上的发射功率之和，因为各个子载波上的发射功率是相等的，所以其中其中Q表示所选的自适应编码和调制模式为Q-QAM，为用户k^*的平均误比特率要求，σ²为白高斯噪声的方差；h1、比较和其中为用户k^*所允许的最大发射功率；当则说明满足用户的功率约束，则令U＝U/{k^*}，并跳转至c1，直到U或者NL为空；当则说明满足用户的功率约束，则跳转至e1；i1、当U为空而NL或者C不为空时，说明在满足用户的需求后还有资源剩余，为了最大限度地提升系统的吞吐量，将剩余时隙依次分配给满足程度最低的用户，即令用户集合U＝{1，2，…，K}，选择为用户k^*选择子信道在该子信道内为用户分配一个未被占用的时隙(n^*，l)，并检查是否满足该用户的功率约束，如果满足该用户的功率约束，则令U＝U/{k^*}，NL＝NL/{(n^*，l)}；反复执行i1，直到NL或者C为空；当用户的信噪比在一个上行时隙内保持不变时，则执行步骤c2至步骤h2c2、在集合U中选择优先级最高的用户d2、在集合C中为用户k^*选择最大信道增益的时隙其中表示用户k^*在时隙(n，l)上的信噪比，它在一个上行时隙内保持不变；e2、为用户k^*在时隙(n^*，l^*)内选择自适应编码和调制模式，具体为：初始时选择最高等级的模式，如果在后续步骤中发现选择的自适应编码和调制模式不能满足功率约束或用户速率需求，则依次将自适应编码和调制模式下调一个等级；f2、计算此时用户k^*的传输速率并与比较，计算用户当前所需的发射功率并与比较：当且时，令U＝U/{k^*}，NL＝NL/{(n^*，l^*)}，跳转至c2，直到U为空；当时，则跳转至e2；g2、令跳转至c2；反复执行g2直到任意用户k都满足或者NL为空；h2、当U为空而NL不为空时，说明在满足用户的需求后还有资源剩余，为了最大限度地提升系统的吞吐量，将剩余时隙依次分配给满足程度最低的用户，即令用户集合U＝{1，2，…，K}，选择为用户k^*选择时隙并检查是否满足该用户的功率约束，如果满足，则设U＝U/{k^*}，NL＝NL/{(n^*，l^*)}；反复执行h2，直到NL为空；用户对业务的时隙调度的具体步骤为：j、初始化用户参数；对于每个用户k来说，其所承载的业务数为S_k，初始化未满足QoS需求的业务集合为S＝{1，2，…，S_k}；初始化未分配给业务的时隙集合T为基站分配给用户k的所有时隙；用λ_s，n，l表示时隙(n，l)是否分配给业务s，当λ_s，n，l＝1时表示时隙(n，l)分配给了业务s，而λ_s，n，l＝0时表示时隙(n，l)没有分配给业务s，初始化λ_s，n，l＝0，s＝1，2，…，S_k；k、在集合S选择优先级最高的业务l、在集合T中选择采用最高等级自适应编码和调制模式的时隙分配给s^*，并令T＝T/{(n^*，l^*)}，同时计算业务s^*当前的传输速率当则重复本步骤；当时，令S＝S/{s^*}，并跳转至k，直到S为空或者T为空；m、当S为空而T不为空时，则表明在满足业务的QoS需求后，用户k还有时隙剩余，则按照的比例将剩余的时隙依次分配用户所承载的业务。