多業(yè)務OFDMA系統(tǒng)子載波分配研究

王圍

摘要：第四代移動通信研究的熱門是資源調(diào)度。其中如何在多種業(yè)務共存的OFDMA系統(tǒng)中合理的分配資源成為了關鍵性問題。提出了當OFDMA系統(tǒng)中同時存在語音業(yè)務和數(shù)據(jù)業(yè)務時，合理的為它們分配資源的設計方案。即是要依據(jù)業(yè)務的特點區(qū)分業(yè)務的優(yōu)先級。仿真結果表明：區(qū)分業(yè)務的優(yōu)先級比不區(qū)分業(yè)務優(yōu)先級的性能好，主要體現(xiàn)在實時性業(yè)務的掉線率上，它的掉線率很低，幾乎為零。

關鍵詞：OFDMA；子載波分配；多業(yè)務；語音業(yè)務；數(shù)據(jù)業(yè)務；掉線率

中圖分類號：TB

文獻標識碼：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2016.25.095

1引言

在過去的幾十年間，人們越來越多的關注于無線移動通信，使它們得到飛速的發(fā)展并且在人們的日常生活中得到了廣泛的運用。為了滿足人們對于多媒體業(yè)務傳輸通信的需求，第四代移動通信應運而生。OFDMA系統(tǒng)是由OFDM系統(tǒng)與其它多種接入方式相結合構成的。OFDMA是基于OFDM這一種多載波調(diào)制方式的多址接入方式的總稱。OFDMA系統(tǒng)的用戶多址接入是依靠它的各個子載波之間彼此正交的特性來實現(xiàn)的。它可以明顯地改善系統(tǒng)吞吐量等性能。因為系統(tǒng)中的資源調(diào)度模塊可以利用多用戶分集與信道衰落特性以及依據(jù)信道增益自適應地進行資源分配。所以在它的支撐上進行的資源調(diào)度成為了第四代移動通信研究的熱門。為了適應將來移動通信的發(fā)展，支持各種多媒體業(yè)務的服務質量要求，研究如何給不同的多媒體業(yè)務分配資源變得尤為重要。在OFDMA系統(tǒng)的資源分配中，如何給不同業(yè)務采取怎樣的方式分配資源是一個復雜度極高的問題。

通過上述我們知道多業(yè)務共存的OFDMA系統(tǒng)中如何分配資源成為了研究的重中之重。在這個基礎上本文主要討論的是在OFDMA系統(tǒng)中同時存在實時性業(yè)務和非實時性業(yè)務的情況下，如何去分配系統(tǒng)的資源。實時性業(yè)務如語音業(yè)務，它對實時性要求高，誤碼率要求低，數(shù)據(jù)量的要求也低。因此根據(jù)這個特點，我們要優(yōu)先為語音業(yè)務分配載波，保證它的傳輸。非實時性業(yè)務如數(shù)據(jù)業(yè)務，對實時性要求不高，可以延緩對它的傳輸。因此把它的優(yōu)先級設置得比語音業(yè)務低。保證語音業(yè)務的傳輸，減少語音業(yè)務的掉線率。這樣就保證了在通信中語音業(yè)務的通信質量，滿足通信要求，具有現(xiàn)實意義。

2OFDMA系統(tǒng)的資源分配方案

本文主要有兩種業(yè)務構成，對于實時業(yè)務是優(yōu)先處理。而對于非實時業(yè)務采用余量自適應（MA）準則處理。容量自適應（RA）準則是非實時業(yè)務的自適應資源分配算法常常采用的準則，即在確保用戶的誤碼率BER的要求下和系統(tǒng)總發(fā)射功率固定的限制下去追求最大化系統(tǒng)的容量。RA優(yōu)化準則是容量最大化問題，它的優(yōu)化目標是在總的發(fā)射功率一定的基礎上，通過在多個子信道間合理地分配比特數(shù)和傳輸功率，使得整個信道上傳輸?shù)乃俾首畲蠡?/p>

這個問題可以用數(shù)學表述為：

PT=minCk、nD∑Nn=1∑Kk=1fk（Ck，n，BERk）α2k，n（1）

約束條件1：Rk=∑Nn=1Ck，nk∈{1，…，K}（2）

約束條件2：ρk、n=0，Ck，n≠01，Ck，n=0k∈{1，…，K}n∈{1，…，N}（3）

約束條件3：∑Kk=1ρk，n=1n∈{1，…，N}（4）

其中fk（Ck，n，BERk）=N03[Q-1（BERk4）]2·（2Ck，n-1），Q-1（g）是Q（g）函數(shù)的反函數(shù)且Q（x）=12π∫

SymboleB@ xe-t22dt。

式（1）中，PT是基站的總發(fā)射功率，N為子載波的個數(shù)，K是系統(tǒng)中的總用戶數(shù)目。Rk為用戶k的數(shù)據(jù)速率，它的單位是bits/OFDM符號。Ck，n為用戶k在子載波上n分配的比特數(shù)。函數(shù)f（.）表示當信道增益為1時，在一定的BER誤碼率約束下，接收c個比特的數(shù)據(jù)所需要的接收功率，它和c與BER之間的關系可以用公式（2-1）確定；αk，n表示信道增益（幅度增益），這是第k個用戶在第n個子載波上的信道狀態(tài)信息。式（2）表示在進行無線資源分配時，系統(tǒng)必須要滿足用戶的速率要求。式（3）、（4）表示一個子載波只能分配給一個用戶，這是因為只有滿足這個條件，系統(tǒng)的吞吐量才可能被最大化。

3算法介紹

3.1算法設計思想

本文定義兩種不同的業(yè)務，作為數(shù)據(jù)業(yè)務和語音業(yè)務，并且根據(jù)實際情況，要使數(shù)據(jù)業(yè)務的數(shù)目要大于語音業(yè)務。由于語音業(yè)務的處理要優(yōu)先于數(shù)據(jù)業(yè)務，因此要定義語音業(yè)務的優(yōu)先級比數(shù)據(jù)業(yè)務高。又由于它們的業(yè)務類型不同，特點和要求也不一樣，因此要采用兩種不同的算法分別給語音業(yè)務和數(shù)據(jù)業(yè)務分配子載波。語音業(yè)務是實時業(yè)務。因此要設計一個時延，對當前的語音業(yè)務進行檢測，并且在時延中只處理一個語音業(yè)務，將N個子載波全部給它。語音業(yè)務處理完后再對數(shù)據(jù)業(yè)務分配載波。然后再與不區(qū)分用戶優(yōu)先級的算法進行對比。

3.2算法實現(xiàn)流程

步驟一：當系統(tǒng)接收到K1個語音用戶和K2個數(shù)據(jù)業(yè)務時，先給用戶設置優(yōu)先級。語音用戶的優(yōu)先級設為1，數(shù)據(jù)用戶的優(yōu)先級設為2。

步驟二：檢測當前的用戶數(shù)目是否為零，如果為零，退出循環(huán)，所有的業(yè)務都處理完。如果不為零，則進入步驟三。

步驟三：先判斷是否過了時延要求，時延定義為10秒，即是每過10秒檢測一次。當沒到時間時，不進行處理，到了規(guī)定的時間進入步驟四。

步驟四：檢測優(yōu)先級為1的用戶是否處理完，如果沒有處理完，找出哪個語音用戶的信道容量較好，找出最好的用戶將N個子載波都分給它，同時將該用戶的優(yōu)先級設為0，代表它已經(jīng)被處理過了。然后進入步驟二。如果檢測到優(yōu)先級為1的用戶都被處理完則進入步驟五。

步驟五：檢測優(yōu)先級為2的用戶是否處理完，如果沒有處理完，給優(yōu)先級為2的用戶分配子載波，同時將它們的優(yōu)先級設為0，代表已經(jīng)被處理過了。然后進入步驟二，如果處理完，直接進入步驟二。

4仿真結果及分析

如圖1和圖2所示，我們可以明顯的看出：語音用戶和數(shù)據(jù)用戶分別分配載波，并且每一次只給一個語音用戶分配子載波，而數(shù)據(jù)用戶是所有的用戶在同一時刻爭用所有載波。

如圖3所示，我們由points priority可以得出每一個時間段只給一個語音用戶分配載波，這符合研究的期望。所以它只有一個語音用戶的掉線率低，基本上為零。而其它兩個的用戶掉線率較高，掉線率幾乎為1。regardless of the priority是不分用戶優(yōu)先級時，語音用戶的掉線率，它所有語音業(yè)務的掉線率都比較高，用戶1的掉線率是0.86，用戶2是0.56，用戶3是087。在前30秒內(nèi)，三個語音用戶處理完，其它兩個語音用戶掉線率與圖3類似，因此可以得到總的語言用戶的掉線率如圖4所示。因此區(qū)分用戶優(yōu)先級后，語音用戶的掉線率很低，實現(xiàn)了設計方案的目標。

5結束語

總而言之，本文主要研究了在OFDMA系統(tǒng)中存在不同種的業(yè)務如何去子載波分配的問題，對于實時性業(yè)務優(yōu)先處理。而對于非實時性業(yè)務采用RA準則對其進行處理，使得它的吞吐量最大。通過仿真表明區(qū)分用戶優(yōu)先級后實時性業(yè)務的掉線較低。

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