專利名稱：：一種多載波通信系統中的自適應多媒體多播資源分配方法
技術領域：
：本發明屬于移動通信中的資源分配方法
技術領域：
，特別涉及多載波通信系統中的自適應多媒體多播資源分配方法。在移動通信中，用戶獲得的服務質量與他所處的信道狀態有直接的關系，如何合理地分配系統資源以對抗用戶信道衰落，使其獲得滿意的服務質量，是移動通信中一個重點的研究問題。美國《國際電氣與電子工程師協會國際通信會議論文集》("DynamicPowerandSubcarrierAllocationforOFDMA-BasedWirelessMulticastSystems，，IEEEICC08，Beijing:2008，2607-2611.)介紹了一種連續比特資源分配算法(RAA-CB)。但該技術由于根據組內信道狀態最差的用戶進行資源分配，其系統性能受限于該用戶；另外，由于該方法假定子載波上可傳送的比特數為連續值，而實際系統中調制階數均為離散值，所以該方法在實際應用中受到較大限制。本發明的目的是提出一種多載波通信系統屮的自適應多媒體多播資源分配方法，以克服現有技術的上述缺陷，提高系統的頻譜效率。本發明多載波通信系統中的自適應多媒體多播資源分配方法，其特征在于步驟如下編碼步驟I:由發送基站的編碼模塊使用多描述編碼產生小于或等于子載波數的多個描述；子載波分配因子初始化步驟II:發送基站的子載波分配模塊根據各個用戶在每個子載波上的等效信道增益和各個子載波上均分的功率，在可選的調制階數下，根據子載波分配公式確定子載波分配因子；公式(1)中，C^一是多播組g中第A個用戶在子載波m上的等效信道增益，c為調制階數，/(c):26'-l為使用調制階數c時接收端所需的等效接收功率，P為設定的每個子載波上均分的功率，子載波分配因子《一=1時表示在調制階數為^時將第w個子載波分配給多播組g中的第A:個用戶，子載波分配因子P",m=0則表示不分配；最優調制階數選擇步驟III:發送基站的信號調制模塊根據子載波分配因子初始化步驟II中得到的子載波分配因子及各個多播組的用戶數，根據最優調制階數公式
背景技術：
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發明內容:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>計算各個子載波在各個多播組中在不同調制階數下的數據速率，并從計算結果中選取使得該速率最大的調制階數作為最優調制階數C;;式(2)中{^^,,...^,}為可用調制階數的集合，i^為多播組g中的總用戶數目；最優調制階數選擇步驟IV:發送基站的子載波分配模塊根據子載波分配因子初始化步驟III中得到的子載波分配因子/9^，",和最優調制階數選擇步驟IV中得到的最優調制階數根據傳輸速率公式5=c*TvV(3)計算每個子載波在各個多播組單位符號周期中最大傳輸比特數，即傳輸速率;子載波分配更新步驟V:發送基站的子載波分配模塊通過最大速率選擇公式g二=argmax化丄Vw(4)ge{l,...,G}"'J根據最優調制階數選擇步驟IV中計算得到的子載波在各多播組的傳輸速率^^選擇子載波在各個多播組中最大傳輸速率的最大值，將該子載波分配給與該最大值對應多播組，并根據該子載波與多播組的分配關系按照子載波分配更新公式/W=W:::"'"=gm,Vw(5)0e/se更新載波分配因子；上述最大速率選擇公式(4)中的G表示系統中多播組數目；功率分配步驟VI:發送基站的功率分配模塊根據子載波分配更新步驟V中的得到的子載波分配因子p",",，按照現有的多載波系統功率分配方法進行功率的分配。所述發送端使用的多描述編碼，包括等差錯保護的多描述編碼或不等差錯保護的多描述編碼；優選其中的等差錯保護多描述編碼。所述多載波系統包括正交頻分復用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)系統、多載波碼分多址(MulticarrierCodeDivisionMultipleAccess)系統或編碼多載波調制系統(CodedMulticarrierModulation)系統；優選其中的正交頻分復用系統。所述功率分配步驟VI中的功率分配方法中可選用的算法包括休斯-哈特斯(Hughes-Hartogs)算法或窮舉算法；優選其中的休斯-哈特斯(Hughes-Hartogs)算法。上述本發明方法所依據的流程原理可簡化地歸納為發送端使用多描述編碼；在多描述編碼基礎上首先根據各用戶在各個子載波上的信道增益狀態初步確定子載波分配；然后利用多描述碼的特性，計算子載波分配給各多播組最大傳輸速率，并根據各個子載波在不同的多播組中的最大傳輸速率來調整子載波分配；最后再在子載波間進行功率分配。本發明方法基于以下工作原理在多描述編碼中，原始媒體流通過編碼分割為多個描述，各描述具有相同的重要性，且都可以自解碼恢復出原始媒體流信息。接收端收到的描述越多，恢復出的原始媒體流質量越高。由于多描述編碼靈活的解碼特性，子載波分配給某個多播組時，可以只分配給多播組內部分信道增益較高的用戶，使得該子載波上能使用較高的調制階數，從而能更有效地進行利用系統資源。本發明方法由于在步驟I中利用了多描述編碼,且在步驟IV中計算子載波分配給各多播組最大傳輸速率時，不將該子載波分配給組內信道狀況太差的用戶，使得該組最大傳輸速率不受限于信道狀況最差的用戶，從而有效提高了用戶組總的傳輸速率；使得在步驟V中進行子載波分配時，根據各用戶組最大傳輸速率，能更有效地分配子載波。由于上述特征，與現有技術相比較，本發明方法使得系統頻譜效率不受限于各個用戶組中信道狀況最差的用戶，從而使系統頻譜效率得到提高，能更大的發揮系統傳輸能力；且本發明方法能有效地應用于多個多播組、多個用戶的情況。由于本發明基于多個多播組傳輸數據不同的特性提出了資源分配的方法，所以本發明既能支持單個多播組的應用，也能支持多個多播組的應用；另外本發明還支持調制階數為離散值，因而具有很強的實用性。總之，與現有技術相比，采用本發明能夠更優化的分配多載波系統多媒體多播業務的資源分配，有效的提高系統性能，并且適合在實際的通信系統之中應用。圖1是本發明實施例的資源分配方法所獲得的系統性能與《國際電氣與電子工程師協會國際通信會議論文集》("DynamicPowerandSubcarrierAllocationforOFDMA-BasedWirelessMulticastSystems"IEEEICC，08，Beijing:2008,2607-2611.)介紹的一種連續比特資源分配算法(RAA-CB)所獲得的系統性能的對比曲線。圖2是本發明實施例中的資源分配方法(MDC-RAA-DB)與由RAA-CB修改的離散比特資源分配算法(RAA-DB)在不同的多播組數目和每組用戶數下的性能比較曲線。具體實施例方式實施例1:在發送端使用多描述碼；設所有子載波上等功率地進行子載波的分配；使用多描述編碼后，子載波并不一定分配給多播組中的所有用戶。以下結合本發明多載波通信系統中自適應的多媒體多播資源分配方法的實施例。考察采用本發明方法和采用文獻美國《國際電氣與電子工程師協會國際通信會議論文集》("DynamicPowerandSubcarrierAllocationforOFDMA-BasedWirelessMulticastSystems"IEEEICC08，Beijing:2008，2607-2611.)所介紹的連續比特資源分配算法(RAA-CB)，的系統頻譜效率的對比本實施例中設噪聲方差一歸一化為1;用戶在各子載波上的信道服從均值為0，方差為1的復高斯分布；調制階數集合按WiMAX和LTE系統中的配置取(0,2,4，6)分別對應不發送，使用QPSK調制，16QAM調制和64QAM調制；各多播業務流的誤比特率要求均為10—6，對應信噪比差額為8.1374;子載波數為256，用戶數為32，其中前16個用戶為一個多播組，后16個用戶各為一個多播組，共17個多播組。本實施例所采用多載波系統中多媒體多播業務資源分配方法的具體操作步驟如下編碼步驟I:由發送基站的編碼模塊使用多描述編碼產生小于或等于子載波數的多個描述；所述發送端使用的多描述編碼，包括等差錯保護的多描述編碼或不等差錯保護的多描述編碼；本實施例中優選了其中的等差錯保護多描述編碼。子載波分配因子初始化步驟n:首先在子載波之間等功率分配的前提下，根據各個用戶的信道增益狀態和多播業務流誤比特率的要求初步確定在不同調制階數下，根據子載波分配公式確定子載波分配因子；公式(1)中，^^,是多播組g中第A個用戶在子載波m上的等效信道增益，c為調制階數，/(c)-^-l為使用調制階數c時接收端所需的等效接收功率，尸為設定的每個了-載波上均分的功率，子載波分配因子《,M,=1時表示在調制階數為f時將第m個子載波分配給多播組g中的第*個用戶，子載波分配因子=0則表示不分配；此時式(1)中C戶/256，尸為發送端總功率。所述多載波系統包括正交頻分復用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)系統、多載波碼分多址(MulticarrierCodeDivisionMultipleAccess)系統或編碼多載波調制系統(CodedMulticarrierModulation)系統；本實施例中優選了其中的正交頻分復用系統。然后，最優調制階數選擇步驟III:根據最優調制階數公式計算各個子載波在各個多播組中在不同調制階數下的數據速率，并從計算結果中選取使得該速率最大的調制階數作為最優調制階數C";式(2)中{^。,^...,^}為可用調制階數的集合，《g為多播組g中的總用戶數目。如在某次信道實現下，對于多播組1在子載波1上，cj]/^，,值在c^:0,2,4,8時分別為0，18，32，24，多播組1在子載波1上最佳調制階數為=4，對1sg^17,1《256,進行以上選擇最佳調制階數過程。接著，最優調制階數選擇步驟IV:根據最佳調制階數和子載波分配因子，按照傳輸速率公式"^g，m一Cg,m/^g,i,m(3)計算每個子載波在各個多播組單位符號周期中最大傳輸比特數，即傳輸速率5^;確定多播組在不同子載波上單位符號周期中最多可傳輸的比特數。如在某次信道實現下，對于多播組i在子載波i上，&=《,f;^'，,=32。接下來，子載波分配更新步驟V:根據最大速率選擇公式g:'=argmax{A},Vw(4)選擇在子載波m上的具有最大^",的多播組；公式(4)中的G表示系統中多播組數目。如在某次信道實現中，對于附=時，有A,二maxCSw)，g-l,2，…7，則對于子載波1應分配到用戶組l，g:=l，對于子載波1^^256,重復以上選擇過程得到￡;然后按照子載波分配更新公式H化二"=<gm,Vm(5)(_0e/化更新載波分配因子，確定最佳子載波分配因子，到這時就已經完成了子載波在多播組間，以及多播組內用戶之間的分配。最后，功率分配步驟VI:發送基站的功率分配模塊根據子載波分配更新步驟V中的得到的子載波分配因子《，b,，按照現有的多載波系統功率分配方法進行功率的分配。所述功率分配步驟VI中的功率分配方法中可選用的算法包括休斯-哈特斯(Hughes-Hartogs)算法或窮舉算法；本實施例中優選其中的休斯-哈特斯(Hughes-Hartogs)算法來實現總發射功率受限情況下子載波上的功率分配。本發明方法在上述系統參數條件下，在不同的總發送信噪比條件下，最終達到的系統頻譜效率性能如給出的附圖中所示。圖l給出了本實施例的資源分配方法所獲得的系統頻譜效率性能與《國際電氣與電子工程師協會國際通信會議論文集》("DynamicPowerandSubcarrierAllocationforOF腿-BasedWirelessMulticastSystems，,IEEEICC，08,Beijing:2008,2607-2611.)介紹的一種連續比特資源分配算法(RAA-CB)所獲得的系統性能的對比曲線。由圖1可見，在較高的總發送信噪比條件下，用本發明的資源分配方法所獲得的性能曲線a明顯高于RAA-CB所獲得的頻譜效率曲線b，而在總發送信噪比較低的情況下，兩者相差無幾。圖2是本實施例中的資源分配方法(MDC-RAA-DB)與由RAA-CB修改的離散比特資源分配算法(RAA-DB)在不同的多播組數目和每組用戶數下的性能比較曲線。圖2中顯示了在有2個多播組，每組16個用戶情況下用本發明方法獲得的頻譜效率曲線c和RAA-CB的頻譜效率曲線d;在有4個多播組，每組8個用戶情況下，用本發明方法獲得的頻譜效率曲線e和RAA-CB的頻譜效率曲線f。由上述曲線對比可見，本發明提出的多載波通信系統中的自適應多媒體多播資源分配方法在上述的用戶組和用戶的配置下，系統頻譜效率均比RAA-DB高。而且隨著每組用戶數增大，本發明方法獲得的性能增益也更大。權利要求1.一種多載波通信系統中的自適應多媒體多播資源分配方法，其特征在于步驟如下編碼步驟I由發送基站的編碼模塊使用多描述編碼產生小于或等于子載波數的多個描述；子載波分配因子初始化步驟II發送基站的子載波分配模塊根據各個用戶在每個子載波上的等效信道增益和各個子載波上均分的功率，在可選的調制階數下，根據子載波分配公式<mathsid="math0001"num="0001"><math><![CDATA[<mrow><msubsup><mi>ρ</mi><mrow><mi>g</mi><mo>,</mo><mi>k</mi><mo>,</mo><mi>m</mi></mrow><mi>c</mi></msubsup><mo>=</mo><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><mn>1</mn></mtd><mtd><mi>if</mi><msub><mi>α</mi><mrow><mi>g</mi><mo>,</mo><mi>k</mi><mo>,</mo><mi>m</mi></mrow></msub><mo>≥</mo><mi>f</mi><mrow><mo>(</mo><mi>c</mi><mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><msub><mi>P</mi><mi>m</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>0</mn></mtd><mtd><mi>else</mi></mtd></mtr></mtable></mfenced></mrow>]]></math></maths>確定子載波分配因子；公式中，αg，k，m是多播組g中第k個用戶在子載波m上的等效信道增益，c為調制階數，f(c)＝2c-1為使用調制階數c時接收端所需的等效接收功率，Pm為設定的每個子載波上均分的功率，子載波分配因子<mathsid="math0002"num="0002"><math><![CDATA[<mrow><msubsup><mi>ρ</mi><mrow><mi>g</mi><mo>,</mo><mi>k</mi><mo>,</mo><mi>m</mi></mrow><mi>c</mi></msubsup><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow>]]></math>id="icf0002"file="A2009101169250002C2.tif"wi="14"he="4"top="108"left="112"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths>時表示在調制階數為c時將第m個子載波分配給多播組g中的第k個用戶，子載波分配因子<mathsid="math0003"num="0003"><math><![CDATA[<mrow><msubsup><mi>ρ</mi><mrow><mi>g</mi><mo>,</mo><mi>k</mi><mo>,</mo><mi>m</mi></mrow><mi>c</mi></msubsup><mo>=</mo><mn>0</mn></mrow>]]></math>id="icf0003"file="A2009101169250002C3.tif"wi="15"he="4"top="119"left="132"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths>則表示不分配；最優調制階數選擇步驟III發送基站的信號調制模塊根據子載波分配因子初始化步驟II中得到的子載波分配因子及各個多播組的用戶數，根據最優調制階數公式<mathsid="math0004"num="0004"><math><![CDATA[<mrow><msubsup><mi>c</mi><mrow><mi>g</mi><mo>,</mo><mi>m</mi></mrow><mo>*</mo></msubsup><mo>=</mo><munder><mrow><mi>arg</mi><mi>max</mi></mrow><mrow><mi>c</mi><mo>∈</mo><mo>{</mo><msub><mi>c</mi><mn>0</mn></msub><mo>,</mo><msub><mi>c</mi><mn>1</mn></msub><mo>,</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>,</mo><msub><mi>c</mi><mi>L</mi></msub><mo>}</mo></mrow></munder><mo>{</mo><mi>c</mi><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><msub><mi>K</mi><mi>g</mi></msub></munderover><msubsup><mi>ρ</mi><mrow><mi>g</mi><mo>,</mo><mi>k</mi><mo>,</mo><mi>m</mi></mrow><mi>c</mi></msubsup><mo>}</mo></mrow>]]></math></maths>計算各個子載波在各個多播組中在不同調制階數下的數據速率，并從計算結果中選取使得該速率最大的調制階數作為最優調制階數cg，m*；式中{c0，c1，...，cL}為可用調制階數的集合，Kg為多播組g中的總用戶數目；最優調制階數選擇步驟IV發送基站的子載波分配模塊根據子載波分配因子初始化步驟III中得到的子載波分配因子ρg，k，mc和最優調制階數選擇步驟IV中得到的最優調制階數cg，m*，根據傳輸速率公式<mathsid="math0005"num="0005"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>B</mi><mrow><mi>g</mi><mo>,</mo><mi>m</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msubsup><mi>c</mi><mrow><mi>g</mi><mo>,</mo><mi>m</mi></mrow><mo>*</mo></msubsup><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><msub><mi>K</mi><mi>g</mi></msub></munderover><msubsup><mi>ρ</mi><mrow><mi>g</mi><mo>,</mo><mi>k</mi><mo>,</mo><mi>m</mi></mrow><msubsup><mi>c</mi><mrow><mi>g</mi><mo>,</mo><mi>m</mi></mrow><mo>*</mo></msubsup></msubsup></mrow>]]></math></maths>計算每個子載波在各個多播組單位符號周期中最大傳輸比特數，即傳輸速率Bg，m；子載波分配更新步驟V發送基站的子載波分配模塊通過最大速率選擇公式<mathsid="math0006"num="0006"><math><![CDATA[<mrow><msubsup><mi>g</mi><mi>m</mi><mo>*</mo></msubsup><mo>=</mo><munder><mrow><mi>arg</mi><mi>max</mi></mrow><mrow><mi>g</mi><mo>∈</mo><mo>{</mo><mn>1</mn><mo>,</mo><mo>·</mo><mo>·</mo><mo>·</mo><mo>,</mo><mi>G</mi><mo>}</mo></mrow></munder><mo>{</mo><msub><mi>B</mi><mrow><mi>g</mi><mo>,</mo><mi>m</mi></mrow></msub><mo>}</mo><mo>,</mo></mrow>]]></math>id="icf0006"file="A2009101169250002C6.tif"wi="35"he="8"top="244"left="91"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths><mathsid="math0007"num="0007"><math><![CDATA[<mrow><mo>∀</mo><mi>m</mi></mrow>]]></math>id="icf0007"file="A2009101169250002C7.tif"wi="6"he="3"top="245"left="127"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths>根據最優調制階數選擇步驟IV中計算得到的子載波在各多播組的傳輸速率Bg，m選擇子載波在各個多播組中最大傳輸速率的最大值，將該子載波分配給與該最大值對應多播組，并根據該子載波與多播組的分配關系按照子載波分配更新公式<mathsid="math0008"num="0008"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>ρ</mi><mrow><mi>g</mi><mo>,</mo><mi>k</mi><mo>,</mo><mi>m</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><msubsup><mi>ρ</mi><mrow><msubsup><mi>g</mi><mi>m</mi><mo>*</mo></msubsup><mo>,</mo><mi>k</mi><mo>,</mo><mi>m</mi></mrow><msubsup><mi>c</mi><mrow><msubsup><mi>g</mi><mi>m</mi><mo>*</mo></msubsup><mo>,</mo><mi>m</mi></mrow><mo>*</mo></msubsup></msubsup></mtd><mtd><mi>ifg</mi><mo>=</mo><msubsup><mi>g</mi><mi>m</mi><mo>*</mo></msubsup></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>0</mn></mtd><mtd><mi>else</mi></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>,</mo></mrow>]]></math>id="icf0008"file="A2009101169250003C1.tif"wi="48"he="15"top="28"left="85"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths><mathsid="math0009"num="0009"><math><![CDATA[<mrow><mo>∀</mo><mi>m</mi></mrow>]]></math>id="icf0009"file="A2009101169250003C2.tif"wi="6"he="3"top="33"left="134"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths>更新載波分配因子；上述最大速率選擇公式中的G表示系統中多播組數目；功率分配步驟VI發送基站的功率分配模塊根據子載波分配更新步驟V中的得到的子載波分配因子ρg，k，mc，按照現有的多載波系統功率分配方法進行功率的分配。2、如權利要求1所述多載波通信系統中的自適應多媒體多播資源分配方法，特征在于所述發送端使用的多描述編碼為等差錯保護的多描述編碼或不等差錯保護的多描述編碼。3、如權利要求1所述多載波通信系統中的自適應多媒體多播資源分配方法，特征在于所述多載波系統為正交頻分復用系統、多載波碼分多址系統或編碼多載波調制系統系統。4、如權利要求1所述多載波通信系統中的自適應多媒體多播資源分配方法，特征在于所述功率分配步驟VI中的功率分配方法中選用的算法為休斯-哈特斯算法或窮舉算法算法。全文摘要本發明公開了一種多載波通信系統中的自適應多媒體多播資源分配方法，特征是在多描述編碼基礎上首先根據各用戶在各個子載波上的信道增益狀態初步確定子載波分配；然后利用多描述碼的特性，計算子載波分配給各多播組最大傳輸速率，并根據各個子載波在不同的多播組中的最大傳輸速率來調整子載波分配；最后再在子載波間進行功率分配。本發明由于利用多描述編碼靈活的解碼特性，將子載波分配給某個多播組時只分配給多播組內部分信道增益較高的用戶，進而在子載波調制階數的選取時，不受限于信道增益最差的用戶，從而提高了系統頻譜效率；同時本發明方法還能支持多個多播組的應用以及調制階數為離散值，因而具有很強的實用性。文檔編號H04W4/06GK101568073SQ20091011692公開日2009年10月28日申請日期2009年6月1日優先權日2009年6月1日發明者吳旭科,吳素文,孫群龍,玲邱申請人:中國科學技術大學