基于负载均衡的OFDMA双跳中继网络资源分配策略

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基于QoS驱动的OFDMA中继系统节能资源分配算法研究

基于QoS驱动的OFDMA中继系统节能资源分配算法研究唐冬;陈威;黄高飞;郑晖;刘贵云;刘外喜【摘要】文章研究基于QoS驱动的OFDMA放大转发中继系统节能资源分配算法,目标是在满足各用户业务时延QoS要求的前提下,最小化OFDMA中继系统总功率.基于有效容量模型,首先把OFDMA放大转发中继系统资源分配问题形成为混合整数规划问题,然后通过整数约束连续松弛化,把问题转化为凸优化问题.通过求解该凸问题,推导得到了资源分配的迭代优化算法.仿真结果表明,与已有算法相比,对于各种类型时延QoS要求的无线业务,文章提出的资源分配优化算法均可明显降低系统消耗功率.【期刊名称】《广州大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(014)006【总页数】6页(P60-64,91)【关键词】正交频分多址(OFDMA);无线中继;服务质量(QoS);子载波对分配与功率分配;有效容量;凸优化【作者】唐冬;陈威;黄高飞;郑晖;刘贵云;刘外喜【作者单位】广州大学机械与电气工程学院,广东广州510006;广州大学机械与电气工程学院,广东广州510006;广州大学机械与电气工程学院,广东广州510006;广州大学机械与电气工程学院,广东广州510006;广州大学机械与电气工程学院,广东广州510006;广州大学机械与电气工程学院,广东广州510006【正文语种】中文【中图分类】TH12近年来，随着无线多媒体业务的日益普及，无线通信系统面临着越来越大的挑战.一方面，为满足无线多媒体业务较严格的时延QoS要求，无线通信系统往往需要消耗较多的能量.另一方面，无线通信系统中的结点大部分使用电池供电，其使用时间和寿命都很有限.因此，如何在为多媒体业务提供时延QoS保证的同时，有效地使用无线通信系统的能源，以延长系统寿命和实现绿色通信，是一个学界和业界都关注的重点课题.另一方面，OFDM可以在无线多径信道中实现高速率数据传输，是下一代无线通信系统的核心技术.与此同时，无线中继技术可以低成本地扩大无线覆盖.因此，结合OFDM和无线中继技术，可以有望实现大面积的高速率覆盖.由此，OFDM中继系统成为了近年来学界的研究热点.本文针对多用户OFDMA中继系统，以最小化系统总功率为目标，研究基于QoS驱动的节能资源分配算法，以在为不同类型的多媒体业务提供时延QoS保证的同时，节省系统能源消耗，延长系统总体寿命. 此外，由于无线信道的高度时变性，在无线通信系统中为多媒体业务提供确定性的时延QoS保证非常困难［1］.因此，学者们引入了统计型时延QoS保证［2］的概念，即不再要求传输速率必须大于某个给定的阈值，而只需时延超限概率满足给定的要求.结合统计型时延QoS保证，学者们进一步提出了有效容量模型［1］的概念.与物理层的香农容量模型不同，有效容量模型是数据链路层的容量模型，其描述了满足业务统计型QoS要求时系统数据传输的最大可达速率.结合有效容量模型，学者们研究了包括单跳单载波［3］和多载波中继系统［4］、单载波中继系统［5］和单用户多载波中继系统［6］、认知无线电系统［7］、k－μ衰落信道系统［8］等多种无线通信系统具有时延QoS保证的资源分配算法.本文基于有效容量模型，以最小化系统总功率为目标，研究OFDMA放大转发（AF，amplifyand-forward）中继系统基于QoS驱动的节能资源分配算法.首先，把相应的资源分配问题形成混合整数规划问题.然后，通过离散变量连续松弛化，把其转化为凸优化问题，并通过求解该凸优化问题，推导得到资源分配的迭代优化算法.仿真结果表明，在不同类型时延QoS要求的业务下，与已有算法相比，本文研究的资源分配算法可以明显降低系统消耗的总功率.本文研究的两跳OFDMA中继系统见图1.S为源端，R为中继，U1、U2、……、UK为系统的K个目标用户.中继工作于放大转发模式和半双工方式.数据传输以帧进行，帧时长为Tf.每一个传输的帧进一步被分为2个相等的时隙.在第一个时隙，源在各自的信道上发送信息给中继，中继和目标用户接收信息.在第二个时隙，中继放大接收到的信息并转发，目标用户接收中继转发的信息.目标用户把2个时隙接收的信息根据最大比合并进行解码.系统总带宽B分为N个正交的子信道.系统数据传输分为两跳传输，第一跳从源端至中继，第二跳从中继至用户.为方便研究，假设SR链路上的N个子载波与RD链路上的N个子载波进行一一配对，形成N个子载波对，而且SR链路的第n个子载波与RD链路的第n个子载波进行配对，形成的子载波对集合表示为S＝｛1，2，…，N｝.每个子载波对仅分配给一个用户使用.根据文献［10］，源到目标用户k的等效归一化链路增益γkn为假设不同的目标用户业务具有不同的时延QoS要求.根据统计型QoS保证的定义，令θk为表示用户Uk的业务时延QoS要求的QoS指数，θk的值越大，用户Uk的业务时延QoS越严格［2］.对用户Uk，其有效容量可表示为［2］其中，BN＝B/N为一个子载波的带宽，Sk为用户Uk使用的子载波对集合，E［·］为数学期望运算函数，Rn，k表示子载波对n上用户Uk的最大可达传输速率.2.1 问题描述根据香农公式，第k个用户在第n个子载波对上的发送功率为在OFDMA中继系统中，资源分配包括子载波对分配和功率分配.基于有效容量模型，以最小化系统总功率的OFDMA中继系统子载波对分配和功率分配问题可以表示为其中指的是用户Uk业务传输所需的最小有效带宽［2］，问题（8）的第一个约束条件表示用户k的业务时延QoS要求；Sk指的是分配给第k个用户的子载波对集合.问题（8）是一个难以解决的混合整数规划问题.为解决此问题，引入一个分时因子tn，k∈［0，1］，其含义是子载波对n在用户Uk上分配使用时间比例因子.进一步地，定义An，k＝tn，kRn，k.由此，问题（8）可以转换为可以证明，问题（9）为凸优化问题，因此存在着唯一的全局最优解［11］.2.2 子载波对分配和功率分配联合优化算法由此，通过引入分时因子tkn，在给定的子载波对分配方案时，得到了最优功率分配方案.由于tkn只能取值0或1，Q*k应写为综上，可得子载波对与功率分配联合优化迭代算法见图2.其中，上述迭代算法中的Δ是预设的一个很小的常数.从式（15），（16），（19），（20）和（21）可见，最优功率分配和子载波对分配不仅取决于信道增益，还取决于各个用户的业务时延QoS要求，即QoS指数θk.因此，本文提出的资源分配算法是一种基于QoS驱动的资源分配算法.本文通过MATLAB编程和计算机仿真，验证本文提出的算法性能.仿真设置参数如下：假设信道为功率延时谱服从指数式衰减的多径信道，归一化均方根时延设置为1，多径数量为6，子载波个数为N＝128.帧时长Tf＝2ms，系统带宽B＝100kHz.各子载波信道的加性高斯白噪声方差设为1.系统用户数为2.源与用户之间的距离归一化为dSD＝1，大尺度路径衰落指数设为4.假设源与中继以及中继至终端用户的距离相等，即dSR＝dRD＝0.5，dSR为源与中继的距离，dRD为中继与目标的距离.为验证本文提出的算法的性能，不失一般性，假设系统存在2个用户.进行比较的算法包括：①基于子载波最优配对的最优功率分配算法，即分别把两跳的子载波按信道增益大小进行排序，然后把两跳相同序号的子载波进行配对，并由此确定子载波对分配；②基于子载波最优配对的等功率分配算法，其子载波配对和子载波对分配方式与①相同，但各子载波分配功率相等，且满足时延QoS约束条件；③基于子载波对信道增益最优分配的最优功率分配算法，两跳的子载波按信道增益及大小顺序进行配对，并在此条件下进行最优功率分配；④基于子载波对信道增益最优分配的等功率分配算法，子载波配对和子载波对分配的方式与③相同，但各子载波分配功率相等，且满足时延QoS约束条件.图3比较了同构网络中用户业务时延QoS要求不同时不同资源分配算法得到的系统总功率.其中，用户1和用户2的时延值θ相同，θ1＝θ2，有效带宽相同，.由图2可见，随着时延QoS指数θ值的增大，即业务时延QoS要求变得更加严格，系统消耗的总功率将会增加.这是因为当时延QoS要求变得严格时，系统传输速率将会增加，从而使得系统消耗总功率增加.同时，从图3还可见，本文提出的算法对所有时延QoS指数θ值，都能取得最小的系统总功率.而且，图3的仿真结果也说明了与子载波配对和子载波对分配相比，对系统功率进行最优分配可更有效地降低系统总功率消耗.图4进一步比较了异构网络中本文提出的算法与已有算法的性能.其中，用户1和用户2的时延值θ相同，θ1＝θ2，有效带宽不同，900.与同构网络的结果类似，从图3可见，随着业务时延QoS要求变得更严格，系统消耗的总功率将会增加，而且本文提出的算法对所有时延QoS指数θ值，都能取得比已有算法更小的系统总功率.同时，也进一步验证了与子载波配对和子载波对分配相比，对系统功率进行最优分配可更有效地降低系统总功率消耗.但与同构网络不同，在异构网络中，时延QoS变得更加严格将会使得系统消耗总功率快速增加.进一步地，从图3和图4还可见，等功率分配算法在时延QoS要求宽松和严格时，系统消耗总功率较大，也即性能较差.这是因为其在分配功率时，既没考虑用户时延QoS要求，也没考虑用户的信道增益.同时，当采用最优功率分配时，基于子载波对信道增益最优分配的子载波对分配算法比基于子载波最优配对的子载波对分配算法性能更好.最后，当采用子载波对与最优功率分配联合优化算法时，虽然子载波配对不是最优，但仍可取得比其他已有算法更大的系统性能增益.本文研究了OFDMA中继系统基于QoS驱动的节能资源分配优化算法，目标是在满足业务时延QoS要求的前提下，最小化系统的总功率，实现节能绿色通信.基于有效容量模型，把OFDMA中继系统的资源分配问题形成为混合整数规划问题，并通过连续松弛方法，把该问题转换为凸优化问题.通过求解此凸优化问题，提出了资源分配迭代优化算法.仿真结果表明，在不同类型时延QoS要求的业务下，与已有算法相比，本文提出的资源分配优化算法在节省系统功率消耗方面均可取得明显的性能增益.【相关文献】［1］WU D，NEGIR.Effective capacity：A wireless link model for support of Quality of Service［J］.IEEE TransactWire Commun，2003，2（4）：630-643.［2］CHANG C S.Performance guarantees in communication net-works［M］.Berlin：Springer-Verlag，2000.［3］ZHANG X，TANG J，CHEN H H，etal.Quality-of-service driven power and rate adaptation over wireless links［J］.IEEE TransactWire Commun，2007，6（8）：3058-3068.［4］TANG J，ZHANG X.Quality-of-service driven power and rate adaptation for multichannel communications over wireless links［J］.IEEE TransactWire Commun，2007，6（12）：4349-4360.［5］TANG J，ZHANG X.Cross-layer resource allocation over wireless relay networks for quality of service provisioning［J］.IEEE JSelect Areas Commun，2007，25（4）：645-656. ［6］黄高飞，罗丽平，张广驰，等.具有时延QoS保证的OFDM中继系统子载波配对与功率分配算法［J］.电子学报，2013（2）：335-339.HUANG G F，LUO L P，ZHANG G C，et al.Subcarrier pairing and power allocation algorithm for OFDM relay systems with delay QoSguarantees［J］.Acta Electr Sin，2013（2）：335-339.［7］SHIX，CHU Q.Effective capacity of cognitive radio systems in asymmetric fading channels［J］.JChina Univ Post Telecom，2015，22（3）：18-25.［8］ZHANG J，DAI L，GERSTACKERW H，et al.Effective capacity of communication systems over k－μshadow ed fading channels［J］.Electr Lett，2015，51（19）：1540-1542.［9］CHOUDHURY G L，LUCANTONID M，WHITTW.Squeezing themost out of ATM ［J］.IEEE Transact Commun，1996，44（2）：203-217.［10］LIY，WANGW B，KONG J，et al.Power allocation and subcarrier pairing in OFDM-Based relaying networks［C］∥IEEE ICC，2008：2602-2606.［11］BOYD S，VANDENBERGHE L.Optimization Convex［M］.New York：Cambridge University Press，2004.［12］BERTSEKASD P.Nonlinear programming［M］.2nd ed.Belmont，MA：Athena Scientific，1999.。

基于无线中继网络的OFDMA-MIMO资源分配算法研究

基于无线中继网络的OFDMA-MIMO资源分配算法研究熊军洲;熊文祥
【期刊名称】《广东通信技术》
【年(卷),期】2012(032)002
【摘要】无线中继技术与OFDMA-MIMO技术相结合,能够大大提高系统的性能,是一种极具潜力的技术。

本文结合无线中继网络中OFDMA的帧结构,以轮询调度算法和贪婪算法为参考,提出了多天线下的OFDMA无线中继网络的比例公平资源分配算法;并和无中继的OFDMA系统及单天线下的OFDMA无线中继网络资源分配算法相比较。

通过仿真表明本文提出的资源分配算法在考虑每个用户数据速率的同时能够大大提高系统的传输速率,满足用户的多种业务需求。

【总页数】5页(P35-39)
【作者】熊军洲;熊文祥
【作者单位】重庆邮电大学通信与信息工程学院;重庆邮电大学通信与信息工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TN943.6
【相关文献】
1.基于认知无线电网络的协作中继资源分配算法 [J], 郭艳艳;陈锋燕
2.基于认知无线电的双向中继网络的资源分配 [J], 梁爽;杨守义;郝万明
3.基于非合作博弈的OFDMA无线多跳中继网络上行链路资源分配算法 [J], 向征;
方旭明;徐鹏
4.认知无线电网络中基于协作中继的资源分配算法 [J], 刘晓雪;郑宝玉;季薇
5.基于时频资源分配的认知无线中继网络物理层安全研究 [J], 高锐锋;倪丹艳;包志华;胡英东
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一种基于OFDMA中继系统的无线资源调度方案

一种基于OFDMA中继系统的无线资源调度方案王兆丰;王斌;范玉洁;孟琬婷;王文鼐【期刊名称】《南京邮电大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(035)003【摘要】在下一代蜂窝网络中,中继以其特有的优势被广泛地应用于无线通信系统.为了提高基于OFDMA的中继系统的吞吐量和无线资源利用率,文中提出了一种新型中继系统无线资源调度方案.在第二跳链路分配资源块时,该方案不仅考虑中继用户,同时也将直传用户考虑在内,在保证中继用户公平性的前提下,提高了直传用户的公平性.理论和仿真分析表明:与不使用中继的蜂窝系统和一些已有的传统中继系统资源调度方案相比,在保证一定用户公平性的前提下,该方案提高了系统的吞吐量和频谱效率.【总页数】8页(P81-88)【作者】王兆丰;王斌;范玉洁;孟琬婷;王文鼐【作者单位】南京邮电大学通信与信息工程学院,江苏南京210003;南京邮电大学通信与信息工程学院,江苏南京210003;南京邮电大学宽带无线通信与传感网技术教育部重点实验室,江苏南京210003;南京邮电大学通信与信息工程学院,江苏南京210003;南京邮电大学通信与信息工程学院,江苏南京210003;南京邮电大学通信与信息工程学院,江苏南京210003【正文语种】中文【中图分类】TN925【相关文献】1.一种基于OFDMA的无线多播比例公平调度方案 [J], 王斌;张艳凤;王文鼐2.基于实时业务挤占的 OFDMA 系统的无线资源分配方案 [J], 王斌;付茂豹;王文鼐3.CR-MIMO-OFDMA/TDM系统中基于效用的无线资源分配与调度 [J], 胡浩;宋俊德;慈松;唐晖4.OFDMA中继系统比例公平资源调度方案研究 [J], 万庆涛;马冠一;李婧华;范江涛;张杰5.一种多用户MIMO/OFDMA系统的资源分配和调度方案 [J], 孙锴;王莹;王坦;陈子雄;张平因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

OFDMA中继网络使用动态部分频率复用实现联合资源分配

OFDMA中继网络使用动态部分频率复用实现联合资源分配齐一飞;宋思达
【期刊名称】《山东通信技术》
【年(卷),期】2015(035)003
【摘要】本文提出了一种运用动态部分频率复用的小区架构,并研究了OFDMA中继网络中的联合资源分配问题.该架构将所有的子载波分为两组,对应两种不同的地理小区区域,划分的地理区域与相邻的地理扇区形成联合虚拟小区.进而提出了一种分层解决方案以实现之前提出的小区架构,该方案由两个主要的联合资源分配算法组成.数据显示,小区架构和算法能够达到更优的信干噪比性能和更高的吞吐量.【总页数】4页(P30-33)
【作者】齐一飞;宋思达
【作者单位】烟台供电公司,烟台264000;北京邮电大学,北京100876
【正文语种】中文
【相关文献】
1.基于两跳匹配的OFDMA中继网络联合资源分配算法 [J], 文凯;喻昉炜;周斌;张赛龙
2.基于保密度的OFDMA中继网络资源分配研究 [J], 赵君;郑伟;温向明;张海君;路兆铭;景文鹏
3.OFDMA中继网络中联合队列和信道信息的资源分配策略 [J], 刘畅;秦晓卫;张四海;周武旸
4.机会中继OFDMA下行网络的高能效资源分配 [J], 马超;王涛;金志文;孙彦赞
5.OFDMA中继网络动态节能子载波、比特和功率联合分配策略(英文) [J], 黄博;方旭明;赵越;陈煌;何蓉
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OFDMA网络中基于用户协作的负载均衡机制

OFDMA网络中基于用户协作的负载均衡机制肖霖;徐知海;刘丹彤;邱芬【摘要】在蜂窝小区中,利用用户在不同小区之间的切换实现负载均衡可以提高系统频率利用率,减小用户中断率.但是,高负载小区的边缘用户切换到低负载小区时信噪比会降低.提出了一种基于用户协作的负载均衡机制,在均衡小区间负载的同时,解决了小区边缘用户切换后信噪比降低的问题.所提机制中,轻负载小区的某个用户作为中继节点与重负载小区的被切换用户进行协作通信.被切换的边缘用户通过选择合适的“用户中继”,保证了切换后的信噪比性能.推导了选择用户作为中继的必要条件,提出了最大化系统容量的用户中继选择方案.数值仿真结果表明,所提机制可以有效的提高被切换用户的吞吐量,从而证明被切换用户的信噪比性能没有损失.%In cellular networks handover-based load balance is a commonly used scheme for balancing the unevenly distributed traffic among different cells in order to improve the spectrum utilization. However, edge users shifted from the heavy-loaded cell to the light-loaded cell usually suffer from SNR degradation. This paper proposed a user relaying assisted load balance scheme to overcome this problem. In the scheme, the shifted user could select another user in the light-loaded cell as the relay node for cooperative transmission. By selecting the appropriate 'user relay',the SNR degradation could be effectively avoided. Furthermore) we developed an analytical model, in which the necessary condition of the cooperative user selection was analyzed and the optimal user selection criteria for capacity maximization were derived, too. Numerical results showed that the derived cooperative user selection criteria could increase the shifted users'maximum throughput,which indicated the SNR degradation problem was solved.【期刊名称】《南昌大学学报（理科版）》【年(卷),期】2012(036)003【总页数】5页(P277-281)【关键词】负载均衡;用户协作;中继;OFDMA【作者】肖霖;徐知海;刘丹彤;邱芬【作者单位】南昌大学信息工程学院,江西南昌 330031;南昌大学信息工程学院,江西南昌 330031;玛丽女王伦敦大学计算机与电子工程学院,英国伦敦E1 4NS;南昌大学科学技术学院,江西南昌 330029【正文语种】中文【中图分类】TN929.537下一代移动网络需要高移动性与高速率，并且满足不同应用对不同服务质量的要求。

OFDMA中继系统资源分配相关问题研究的开题报告

OFDMA中继系统资源分配相关问题研究的开题报告一、研究背景OFDMA（正交频分多址）是一种多用户多路访问技术，它在无线通信系统中得到广泛应用。

OFDMA通过将频谱资源分为多个子载波，对多个用户进行并行传输，提高系统容量和频谱利用率。

在OFDMA系统中，系统资源的合理分配对系统的性能具有重要影响。

尤其在中继系统中，由于需要考虑中继节点与基站之间的数据传输，资源分配问题更加复杂。

目前，OFDMA中继系统资源分配的研究还比较有限，因此需要进一步深入研究。

二、研究意义OFDMA中继系统资源分配涉及到多个方面的问题，如中继节点的位置、中继节点与基站之间的传输质量、用户需求等等。

研究这些问题，可以使我们更好地了解OFDMA中继系统资源分配的原理和方法，提高系统的性能和频谱利用率，为实际应用提供理论基础和技术支持。

三、研究内容1. OFDMA中继系统资源分配算法的研究：基于现有的OFDMA中继系统资源分配算法，分析其优缺点，提出改进方案，并通过仿真实验验证改进算法的有效性。

2. 中继节点位置对OFDMA中继系统资源分配的影响：分析中继节点位置的选择对OFDMA中继系统资源分配的影响，提出适合不同场景的中继节点位置选择方案。

3. OFDMA中继系统资源分配与用户需求之间的关系：基于用户需求的分类和优先级，研究OFDMA中继系统资源分配与用户需求之间的关系，优化系统性能并提高用户满意度。

四、研究方法1. 文献综述：对OFDMA中继系统资源分配相关的文献进行综合整理和分析，了解现有算法和研究成果的研究现状。

2. 算法设计：根据综述结果，设计符合中继场景的OFDMA中继系统资源分配算法。

3. 仿真实验：利用Matlab等仿真工具，对改进算法在各种场景下进行仿真实验，验证算法的有效性和优越性。

4. 系统优化：根据不同的用户需求对OFDMA中继系统资源分配进行系统优化，并提出相应的中继节点位置确定方案。

五、预期成果1. 理论成果：对OFDMA中继系统资源分配算法和中继节点位置选择进行深入研究，提出具有实际应用价值的理论方法和算法。

OFDMA中继小区网络中资源分配与频率复用的研究的开题报告

OFDMA中继小区网络中资源分配与频率复用的研究的开题报告一、研究背景及意义随着移动通信技术的不断发展，人们对于通信的需求也不断增加，对于无线通信而言，频谱资源是十分宝贵的资源，因此，如何充分利用频谱资源并提高无线系统的吞吐量成为研究的重点。

OFDMA技术在实现频谱资源的有效利用方面表现出了其优越性，这一技术已经得到了广泛的研究和应用。

然而，随着无线通信设备的不断增多，单一基站网络面临频带资源短缺、频谱资源利用效率低等问题，一些新的网络结构被提出，其中中继小区网络能够实现多小区之间的协同通信，提高系统整体性能，进一步提高频谱资源利用效率，在实际应用中也得到了广泛的关注。

因此，本文将从OFDMA中继小区网络中资源分配与频率复用的角度，探究如何提高中继小区网络的频谱资源利用效率，并为实际应用提供技术支持。

二、研究内容及思路1. OFDMA中继小区网络中的资源分配问题中继小区网络拥有多个终端和多个中继节点，如何合理分配资源已经成为了中继小区网络中研究的重点，旨在充分利用系统资源，并为各终端提供高质量的通信服务。

本文将分析资源分配的各种算法，探究其在中继小区网络中的适用性，进一步提高频谱资源的利用效率，并使得系统具有较好的容错性。

2. 中继小区网络中的频率复用问题频谱资源的稀缺性和有限性，使得频率复用在OFDMA中继小区网络的设计中十分重要。

本文将着重研究OFDMA中继小区网络中的频率复用技术，旨在为实际应用提供技术支持。

3. 系统的性能分析本文将对OFDMA中继小区网络的性能进行分析和仿真验证，旨在总结和分析系统的优缺点，为实际应用提供技术支持，并为进一步研究提供参考。

三、研究预期成果1. 对OFDMA中继小区网络中各种资源分配算法的适用性进行深入研究，提出更加合理的算法设计方案。

2. 对OFDMA中继小区网络中频率复用技术进行深入研究，提出更加高效的频谱利用技术。

3. 对OFDMA中继小区网络的性能进行分析和仿真验证，并总结其优缺点。

两跳固定中继蜂窝网络的子载波信道分配策略

ＺＮａ — ｎ，Ｎａｊ，ＷＵＷｅ—ｎＨＡＧＨｎｆｇＷＡＧＣｉｉｅ－ｎｉｉｇｌ
（ｃｏｌｆｎｏｍｔｎＥｇｎｅｉｇＢｉｎｎｖｒｔｆ０ｔａｄＴｌｏｍｕｉｔｎ，Ｂｉｎ０８６ｈｎ）Ｓｈｏｆｒａｉｎｉｅｒ，ｅｉｇＵｉｓｙｏｓｎｅｅｍｎｃｉｓｅｉｇ１０７，ＣｉａｏＩｏｎｊｅｉＰｓｃａｏｊ
摘要：针对频率复用因子为１的两跳固定中继节点的蜂窝网络中，移动业务分布的时变性和非均匀性，提出了基于同向分配逆向共享的子载波信道资源环状分配策略。该策略无需基站之间的协作也能有效地保证相邻
小区节点之间的最小同频干扰距离。通过理论分析和仿真，用户业务非均匀分布下，与传统两跳蜂窝系统在的子载波信道分配策略相比，提出的分配策略系统平均频谱效率有明显改善，其在业务分布主要集中在小尤区边缘时，其平均频谱效率增益可以达到３。倍关键词：信道分配；非均匀业务分布；固定中继节点；两跳蜂窝系统
Ｍａ．２７ｒ００
２００７年３月
文章编号：６１５９（０７０－１６０１７－８６２０）２０２－６
两跳固定中继蜂窝网络的子载波信道分配策略
张瀚峰，王财进，吴伟陵
（北京邮电大学信息工程学院，北京１０７）０８６
维普资讯
第２５卷
第２期
吉林大学学报（息科学版）信
ＪｕｎｌｆｉｎＵｉｒｉＩｆｒａｏｃｎｅＥｉｏ）ｏｒａｏｌｎｖｓｙ（ｎｏｍｔｎＳｉｃｄｉＪｉｅｔｉｅｔｎ

OFDMA无线多跳蜂窝网中的节能型资源分配策略

OFDMA无线多跳蜂窝网中的节能型资源分配策略向征;方旭明;徐鹏【摘要】A hierarchical tree topology of orthogonal frequency division multiple access ( OFDMA) -based multi-hop cellular network was proposed to reduce energy assumption in resource allocation. The timing of transmitting and receiving for the nodes in odd and even layers is defined. The objective is to reduce the total system transmitting power, and the objective function can be applied in odd and even timeslots. The most important one among the constraints is link proportional fairness. A suboptimal resource allocation scheme was proposed to minimize total system transmitting power with lower computation complexity. Simulation results shown that, compared to traditional resource allocation scheme such as OFDM-TDMA, the proposed scheme reduced total system transmitting power by 1.5 dB while keeping proportional fairness among wireless links.%为在基于正交频分多址接入技术的无线多跳蜂窝网中实现节能型资源分配,将无线多跳蜂窝网描述为树形分层拓扑结构,规定了该结构中的奇数层和偶数层节点在系统奇时隙和偶时隙中的发送-接收关系,建立了可同时适用于奇时隙和偶时隙的基于系统总发射功率的优化目标函数,并确定了包括链路比例公平因子等限制条件.考虑到难以得到实际系统最优解,在尽量减少计算复杂度的前提下,提出了一种次优化分配策略,使系统总发射功率最小化.仿真结果表明,与基于正交频分复用的时分多址接入等传统固定资源分配方法相比,运用本文提出的资源分配策略可使系统的总发射功率减少约1.5 dB,并能保持各条链路的比例公平性.【期刊名称】《西南交通大学学报》【年(卷),期】2011(046)005【总页数】6页(P787-792)【关键词】无线多跳蜂窝网;正交频分多址接入;节能;资源分配;优化【作者】向征;方旭明;徐鹏【作者单位】西南交通大学信息编码与传输四川省重点实验室,四川成都610031;中国民航飞行学院空中交通管理学院,四川广汉618307;西南交通大学信息编码与传输四川省重点实验室,四川成都610031;西南交通大学信息编码与传输四川省重点实验室,四川成都610031【正文语种】中文【中图分类】TN929.5无线多跳中继网络［1］因具有许多传统无线网络没有的优点，近年来受到广泛关注.无线多跳中继网络在布网时只需要少量基础设施的支持就能正常工作，布网成本较传统无线网络显著减少.另外，无线多跳中继网络采用了大量低发射功率的中继站，大大减少了网络总体功耗.同时，通过增加中继站数量，就能灵活、方便地扩展无线多跳中继网络的覆盖范围.因此，无线多跳中继网络成为无线网络发展的一个重要趋势.本文研究的无线多跳蜂窝网［2］(wireless multihop cellular networks，WMCN)是对传统蜂窝网的扩展和延伸应用.如图1所示，无线多跳蜂窝网由3种节点组成:基站(base station，BS)、中继站(relay station，RS)和移动终端(mobile station，MS).图1中虚线圆圈表示传统蜂窝网单个BS的覆盖范围，在蜂窝网中引入RS以提升网络覆盖质量.此时，BS和RS只为处于以自己为中心的微小区之内(图1中各个虚线六边形范围内)的MS提供高链路质量的接入.同时，RS还要将本小区的业务通过无线链路转发到BS以接入核心网并且计费.另外，MS可以在BS和各个RS之间进行切换，以选择更好的信道接入该网络.正交频分多址接入技术［3］(orthogonal frequency division multiple access，OFDMA)具有占用带宽小、无码间干扰以及多用户分集等优点，被LTE-Advanced、IEEE802.16m等下一代无线宽带接入网络标准采用.本文讨论的无线多跳蜂窝网采用了此种多址技术.图1 具有19个微小区结构的无线多跳蜂窝网Fig.1 WMCN with 19 micro cells 符合当前节能减排方针、以节能环保为目标的“绿色通信”是一个重要研究方向.本文研究基于OFDMA的无线多跳蜂窝网节能型资源分配问题.该问题本质上是一个最优化问题，即根据网络的优化目标，构造相应的目标函数，然后，在一系列限制条件下，得到子载波和功率分配方案，使目标函数最小化或最大化.网络的优化目标主要有两种，分别为余量自适应(margin adaptive，MA)和速率自适应(rate adaptive，RA).MA的优化目标是在一定的网络吞吐量和误码率限制下最小化网络总发射功率，即以节省系统能耗为目的［4-6］.RA的优化目标是在一定的网络总发射功率限制下最大化网络吞吐量［7-13］，文献［7-13］对该优化目标进行了深入研究.此外，因为上行场景的限制条件中存在发射功率分布于各个移动终端的特性，所以其优化方法与下行场景限制条件下也不尽相同.其中，文献［5，7-10］是针对下行场景进行优化，文献［11-13］是针对上行场景进行优化.1 系统模型1.1 无线多跳蜂窝网的树形分层拓扑结构本文提出一种树形分层拓扑结构描述无线多跳蜂窝网，如图2所示.本文只研究中继链路(BS与RS、RS与RS之间)的资源分配，整个网络可以看作以BS为根节点的多叉树，每个节点可以有多个子节点，但其只能有一个父节点，且每个节点只能与它的父节点和子节点进行通信(图2中实线所示).由于转发跳数过多会影响系统吞吐量，故层数y的值通常不超过4.另外，本文是在保证链路比例公平因子之比的情况下最小化系统总发射功率，因此，令链路比例公平因子等于该条链路的归一化速率，即:若当前时刻某条链路容量为C，全网络各链路容量之和为Ctotal，则该条链路比例公平因子γ =C/Ctotal.图2 无线多跳蜂窝网的树形分层拓扑结构Fig.2 Hierarchical tree formation for WMCN1.2 无线多跳蜂窝网优化目标函数本文假设网络中的各个节点均只有一套无线收发器.在前文提出的树形分层拓扑结构中位于奇数层的节点处于发送状态时，位于偶数层的节点则处于接收状态;反之亦然.本文采用时分双工模式(time division duplex-OFDMA，TDD-OFDMA)，按照一个正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing，OFDM)符号时隙长度把时域划分成奇时隙和偶时隙，建立相应的对应关系，即在奇时隙中，奇数层节点处于发送状态，偶数层节点处于接收状态;反之亦然.对于系统发射功率最小化目标，奇时隙和偶时隙网络优化目标函数及约束条件可表示为［4］:其中:m为该时隙中处于发送状态的节点序号，M为处于发送状态的节点总数;k为该时隙中处于接收状态的节点序号，K为处于接收状态的节点总数;n为子载波序号，N为子载波总数;ρm，k，n表示在该时隙中发送节点m是否可以使用子载波n向接收节点k发送数据;表示在该时隙中，发送节点m在使用子载波n向接收节点k 发送数据时的信道增益.为推导方便，令 Hm，k，n=，f(bm，k，n)表示在满足一定系统误码率要求下可靠接收bm，k，n比特所需的最小接收功率.对于正交振幅调制(multiple quadrature amplitude modulate，MQAM)，f(bm，k，n)表示如下［4］:其中:N0为AWGN(additive white Gaussian noise)信道噪声功率谱密度;P为系统误码率;Q－1(·)表示Q函数的逆函数.各约束条件意义如下:(1)式(2)表示ρm，k，n只能取 0 或 1.取 1 表示在该时隙中，发送节点m可以使用子载波n向接收节点k发送数据，否则为0.(2)式(3)表示任何一个子载波在该时隙中只能被一个发送－接收节点对占用，即网络中不存在由于多个发送节点使用同一子载波而产生的同频干扰.(3)式(4)表示在该时隙中，整个网络的各条链路分配的比特数之和为Ctotal.(4)式(5)表示 bm，k，n应为非负值.另外，由于在后面提出的算法中，采用连续注水算法进行比特分配，在本文中认为 bm，k，n是非负实数.(5)在式(6)中，γm，k为发送节点m和接收节点k之间链路的比例公平因子，且发送节点m和接收节点k之间链路分配到的比特数为:如果发送节点m和接收节点k之间不存在链路，则γm，k=0，且 bm，k=0.式(6)可以理解为分配到各条链路的比特数之比，应等于各条链路比例公平因子之比. 在式(2)～(6)的限制下，优化式(1)表示的优化目标函数是非常困难的，这是一个非线性优化问题，包含了对连续变量 bm，k，n和二进制变量ρm，k，n的联合优化求解，其最优解在实际系统中难以求出.本文提出一种次优化算法，在尽量减少运算复杂度的前提下，在实际系统中最小化目标函数.2 次优化自适应资源分配策略求解式(1)的最优解需要大量的运算时间，因此，考虑实际应用的需要，在尽量减少运算复杂度的情况下寻找式(1)的次优解.文献［4－13］虽然提出了一些次优解算法，但这些算法都是针对单小区、单跳、上行或下行场景，不能直接应用于本文讨论的多跳蜂窝网场景.因此，在已有相关文献的基础上，本文提出一种在式(2)～(6)限制下求式(1)次优解的算法，步骤如下:(1)确定每个发送－接收节点对所需的子载波数 Nm，k.(2)在大致满足各链路比例公平性的前提下，为每一个发送－接收节点对分配子载波，即确定各个ρm，k，n值.(3)确定给每个发送－接收节点对分配的比特数 bm，k.(4)针对每个发送－接收节点对，在其获得的每个子载波上进行比特分配，即确定bm，k，n.以下为具体实现过程的描述.2.1 发送-接收节点对子载波数量的确定文献［7－10］指出，资源分配后链路的实际速率与其分配到的子载波数量大致成正比，因此，归一化分配到各条链路的子载波数量后，相应链路的比例公平因子为:其中:Nm，k表示发送节点m和接收节点k之间链路分配到的子载波数量.由式(9)可得:式(10)得到的Nm，k理论值通常不是整数，因此，在实际系统中采取向下取整的方法实现式(10)，即但由此导致N*个剩余未分配子载波的存在，2.2 发送-接收节点对子载波的分配发送－接收节点对的子载波分配算法与文献［7］提出的算法类似，主要步骤如下: (1)为每个存在链路的发送－接收节点对分配一个对其来说具有最好信道响应的子载波，并计算在等比特数分配情况(即每个子载波上的比特数为Ctotal/N)下各条链路发射节点的发射功率Pm，k.(2)基于贪婪算法，选出具有最小比例公平发射功率的链路，为其分配具有最好信道响应的子载波，并且更新该条链路发射节点的发射功率.当发送－接收节点对分配的子载波数达到预先计算出的Nm，k个之后，就不能再给该发送－接收节点对分配更多的子载波.(3)分配剩下的N*个子载波，使得每个发送－接收节点对最多再获得一个子载波.2.3 发送-接收节点对比特数的分配在确定每个发送－接收节点对在其每个子载波上分配的比特数 bm，k，n之前，需要首先确定分配到每个发送－接收节点对的比特数 bm，k.显然，由式(5)～(8)可以得到:2.4 发送-接收节点对在其各个子载波上功率的分配在得到网络中分配到每个发送－接收节点对的比特数bm，k后，可用经典的连续注水算法(即拉格朗日极值法)［8］得到分配到每个发送－接收节点对在其各个子载波上的比特数 bm，k，n.由于网络中有多个发送－接收节点对，这里仅以一个发送－接收节点对为例说明分配过程.对任意一个发送节点m和接收节点k，将其获得的所有子载波上的信道响应 Hm，k，n按照升序排列，可得:3 仿真分析为了对提出的资源分配策略进行评价，本文用Matlab软件实现算法，并与基于时分多址(orthogonalfrequency division multiplexing-time division multiple access，OFDM-TDMA)的固定分配策略进行了仿真比较.仿真参数设置如下:系统总带宽为1 MHz，可用子载波数为256个.相邻BS与RS、RS与RS之间的距离为500 m，路径损耗指数为4，不考虑阴影效应.信道模型为3路瑞利衰落信道，其均方时延扩展为0.2 μs［14］.系统误码率(bit error rate，BER)分别为 10－3和 10－4.AWGN 信道噪声功率［15］为－150 dB.每个时隙的网络总比特数 Ctotal为1024 bit.网络仿真拓扑如图3所示.网络拓扑从8个微小区增加到37个微小区，各微小区的RS业务均为速率相同的CBR业务.本文关注单位比特信噪比和链路比例公平性分别随微小区数量增长而产生的变化.图4显示了单位比特信噪比随着微小区数量增长的变化趋势.噪声功率和网络总比特数为常数，所以，单位比特信噪比与系统总发射功率成正比.如图4所示.图3 网络仿真拓扑图Fig.3 Network topology for simulation由图4可见，采用本文的资源分配策略时，在系统误码率为10－3和10－4两种情况下，与采用OFDM-TDMA策略相比，单位比特信噪比减小1.5 dB左右，并且单位比特信噪比随微小区数量的增加而逐渐减小，原因是随着微小区数量的增多，网络中的链路数也相应增多，而链路数越多，链路同时处于深度衰落的概率就越小，因此，更能体现出OFDMA多用户分集的优势，减小系统总发射功率.采用OFDM-TDMA策略时，每条链路只能以分时轮流方式使用所有子载波，并且网络所有比特在各子载波上均匀分配，因此，其系统总发射功率远大于本文的策略，且不随微小区数量的增加而减小.图4 单位比特信噪比与微小区数量的关系Fig.4 SNR per Bit vs.number ofmicro cells图5和图6分别显示了在8个微小区和28个微小区拓扑下网络链路比例公平性的情况.图5 8个微小区拓扑下链路比例公平性示意Fig.5 Link proportional fairness with 8 micro cells图6 28个微小区拓扑下链路比例公平性示意Fig.6 Link proportional fairness with 28 micro cells由图5和图6可见，在各种微小区拓扑下，本文策略均能根据预设的链路比例公平值保证网络链路的比例公平性，而OFDM-TDMA策略只能均匀地分布链路公平值，无法根据预设的链路比例公平值保证网络链路的比例公平性.综上所述，本文提出的资源分配策略既能减少系统总发射功率，又能较好地保证各链路的比例公平性.4 结束语讨论了基于OFDMA多址技术的无线多跳蜂窝网中继链路节能型资源分配问题，提出了一种次优化资源分配策略，在大幅减少计算复杂度的情况下，得到最终的子载波及比特分配方案.仿真结果表明，与OFDM-TDMA等传统固定资源分配方法相比，本文资源分配策略既能保持各条链路的比例公平性，又能有效减少系统总发射功率，实现了节能目标.在后续研究中，将采用博弈论等研究手段，进一步深入研究无线多跳中继网络的资源分配问题，以获得更高的能效比.参考文献:【相关文献】［1］PABST R，BERNHARD W H，DANIEL S C，et al.Relay-based deploymentconcepts forwireless and mobilebroadband radio［J］. IEEE Communication Magazine，2004;42(9):80-89.［2］OYMAN O.OFDM A.A centralized resource allocation policy for cellular multi-hop networks［C］∥ Proc.of 200640th Asilomar Conference on Signals，Systems and Computers.Pacific Grove:［s.n.］，2006:656-660.［3］KERNAL K，JOSEPH K H，MURALI K，et al.Crosslayer optimization for OFDMA-based wireless mesh backhaul networks［C］∥Proc.of 2007 IEEE Wireless Communicationsand NetworkingConference.Hong Kong:［s.n.］，2007:276-281.［4］CHEONG Y W，ROGER C S，LETAIEF K B，et al.Multiuser OFDM with adaptive subcarrier， bit， and power allocation［J］.IEEE Journal on Selected Areas in Communications，1999，17(10):1747-1758.［5］YOON J P，KIM W J，BAEK J Y，et al.Efficient uplink resource allocation for power saving in IEEE 802.16 OFDMA systems［C］∥Proc.of 2008 IEEE 67th Vehicular Technology Conference.Singapore:［s.n.］，2008:2167-2171.［6］SADR S，ANPALAGAN A，RAAHEMIFAR K.Radio resource allocation algorithmsforthe downlink of multiuser OFDM communication systems［J］.IEEE，2009，11(3):92-106.［7］WONG I C.SHEN Zukang，EVANS B L，et al.A low complexity algorithm for proportional resource allocation in OFDMA systems［C］∥ Proc.of The IEEE 2004 Workshop on Signal Processing Systems.Austin:［s.n.］，2004:1-6.［8］SHEN Zukang，EVANS B L，ANDREWS J G.Adaptive resource allocation in multiuser OFDM systems with proportional rate constraints［J］.IEEE Transaction on Wireless Communications，2005，4(6):2726-2737.［9］XU Wenjun，NIU Kai，HE Zheqiang.A probabilistic channel quantization scheme based on max-snr resource allocation in multiuserOFDM systems［J］. IEEE Communications Letters，2008，12(6):435-437.［10］TAO Meixia， LIANG Yingchang， ZHANG Fan.Resource allocation for delay differentiated traffic in multiuser OFDM systems［J］. IEEE Wireless Communications，2008，7(6):2190-2201.［11］KIM K，HAN Y，KIM S L.Joint subcarrier and power allocation in uplink OFDMA systems［J］. IEEE Communications Letters，2005，9(6):526-528.［12］SHI J，HU A.Radio resource allocation algorithm for the uplink OFDMA system［C］∥Proc.of 2008 IE EE International Conference on Communications.Beijing:［s.n.］，2008:11-15.［13］KOU Mingyang，ZHEN Yanxiang.Dynamic uplink/downlink resource allocation for TDD OFDMA access network［C］∥ Proc. of2009 WRI International Conference on Communications and Mobile Computing.Kunming:［s.n.］，2009:214-218.［14］RAPPAPORT T S. Wireless communications:principles and practice［M］.Upper Saddle River:Prentice-Hall，2002:10-20.［15］方旭明，孙淑杰，何蓉.一种802.11s无线Mesh网络快速切换方案［J］.西南交通大学学报，2010，45(5):725-731.FANG Xuming，SUN Shujie，HE Rong.802.11s based fasttransition scheme for wireless mesh network［J］.Journal of Southwest Jiaotong University，2010，45(5):725-731.。

LTE-A 多小区中继网络两跳速率匹配资源分配算法

LTE-A 多小区中继网络两跳速率匹配资源分配算法文凯;喻昉炜【期刊名称】《光通信研究》【年(卷),期】2015(0)1【摘要】In the light of the two-hop characteristics of relay networks,this paper proposes a resource allocation algorithm based on two-hop rate matching for multi-cell relay networks.It first independently allots subcarriers to all the users in every cell within the first sub-slot and builds a non-cooperative game-based power allocation model on the basis of the above allocation re-sults.Then,it matches the second hop rate with the first hop resource allocation result,adaptively allotting resource to relay so as to meet the rate demand of the edge users.Simulation results demonstrate that while meeting the demand of the edge us-ers for rate,the proposed algorithm further improves the throughput of the center users and reduces the system transmitting power,thus improving the system performances.%针对中继网络的两跳特性，提出一种多小区中继网络两跳速率匹配资源分配算法。

两跳中继网络的资源分配算法

两跳中继网络的资源分配算法梁靓;冯钢【期刊名称】《电子科技大学学报》【年(卷),期】2013(42)6【摘要】对于具有中继节点的蜂窝系统，用户的实际速率受限于基站与中继之间链路(第一跳链路)以及中继与用户之间链路(第二跳链路)的吞吐量。

单独考虑其中某一跳链路的资源分配，会降低系统的整体性能。

因此，针对中继网络，设计了基于两跳链路吞吐量平衡的正向和逆向功率分配算法。

其中正向分配算法在进行第二跳链路资源分配时，考虑了第一跳链路的影响。

而逆向分配算法则是将第二跳链路的吞吐量作为第一跳链路资源分配的依据。

仿真结果表明，设计的算法有利于克服两跳中继网络的瓶颈问题。

尤其是逆向分配算法由于充分考虑了用户的最优速率情况，在提高系统吞吐量的同时还减少了能量消耗。

%In relay-aided systems, the available data rate of a relay link user is determined by the minimum rate of the first hop link and the second hop link. Separate resource allocation in two-hop links may deteriorate system performance. Therefore, based on the throughput balance, a forward allocation (FA) algorithm and a backward allocation (BA) algorithm are proposed. In FA algorithm, resource allocation in the first hop greatly affects that of the second hop. In BA algorithm, resource allocation in the first hop is based on the throughput of the second hop. Simulation results show that the proposed algorithms are beneficial to solve the bottleneck problem of two-hop relay networks. In particular, the BA algorithm considers the optimal rates ofusers, and thus it can further improve system throughput and reduce power assumption.【总页数】6页(P836-841)【作者】梁靓;冯钢【作者单位】电子科技大学通信抗干扰技术国家级重点实验室成都 611731; 重庆大学通信工程学院重庆沙坪坝区 400044;电子科技大学通信抗干扰技术国家级重点实验室成都 611731【正文语种】中文【中图分类】TN92【相关文献】1.基于两跳匹配的OFDMA中继网络联合资源分配算法 [J], 文凯;喻昉炜;周斌;张赛龙2.OFDM两跳中继网中的子载波配对和功率分配算法 [J], 李校林;刘冰华3.LTE-A 多小区中继网络两跳速率匹配资源分配算法 [J], 文凯;喻昉炜4.基于能效最优准则的双跳中继网络功率分配算法 [J], 冀保峰;杨佳;王一丹;胡莹;李春国;宋梁5.基于非合作博弈的OFDMA无线多跳中继网络上行链路资源分配算法 [J], 向征;方旭明;徐鹏因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于非合作博弈的OFDMA无线多跳中继网络上行链路资源分配算法

ＸＩＡＮＧｈｎ，ＡＮＧ — ｎＸＵｅｇ，Ｚｅｇ，Ｆ－Ｘｕｍｉｇ，Ｐｎ
（．ｙＬｂｏｎｏｍａｉｎＣｏｉｇａｄＴａｍｉｓｏ，ｏｔｗｅｔｉｏｏｇＵｎｖｒｉ，ｅｇｕ６１０，ｉａ１ＫｅａｆＩｆｒｔｏｄｎｎｒｎｓｓｉｎＳｕｈｓＪａｔｎｉｅｓｔＣｈｎｄ０３１Ｃｈｎ；ｙ
ＦｕｄｔｎＩｍｓＴｅＮａｏａＮａｒｌｃｎｅＦｕｄｔｎｏｈｎ６０１０）ＫｙＰｏｒｓｏｅｈｏｏｉａＲｏｎａｏｔ：ｈｔｎｔａＳｉｃｏｎａｏｆＣｉａ（１７１８；ｅｒｇａｆｃｎｌｇｃ＆ＤｆｅｉｅｉｌｕｅｉｍＴｌｏｈｔ
键技术都非常值得研究，无线资源分配问题即是
其中之一。
化模型，然后给出了包含定价机制的非合作功率分配博弈模型，并且证明了在该模型中纳什均衡点的
存在性和唯一性。最后，提出了求解该非合作博弈
关于ＯＦＤＭＡ网络无线资源分配的研究成果按场景可以分为单小区和多小区２种。在单小区场景
言
近年来，无线多跳中继技术 …因其在提升系统吞吐量、减少系统发射功率等方面所表现出来占用带宽小、码ｒ－以及多用户分集等优点，无ｑｏ￣扰已经被ＬＥＡｖｎｅ、ＥＥ８２１ｍ等下一代无Ｔ — ｄａｃｄＩＥ０．６

两跳中继TDD-CDMA蜂窝网络容量分析

两跳中继TDD-CDMA蜂窝网络容量分析鲁蔚锋;杨绿溪;吴蒙【期刊名称】《东南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(043)004【摘要】To increase the uplink capacity of traditional TDD-CDMA(time division duplex-code division multiple access) cellular networks,two-hop-relay is adopted.Based on the model of the twohop-relay cellular networks,two kinds of scheduling methods,time-slot synchronous scheduling and time-slot opposing scheduling,are introduced.By analyzing the interference of the intracell and intercell of RSs (relay stations) and BSs (base stations),the overall interference power of the targeted cell can be obtained by using these two scheduling methods.Then,the closed form expressions of the uplink capacity of two-hop-relay TDD-CDMA cellular networks are obtained by mathematical calculation,and the impact of these two scheduling methods on system's performance is discussed.The experimental results show that when using the time-slot synchronous scheduling method,the inner regions of targeted cell can accommodate more users; when using the time-slot opposing scheduling method,the outer regions of targeted cell can accommodate more users.Therefore,the timeslot synchronous scheduling method is suitable for higher load of inner regions and lower load of outer regions,while the time-slot opposing scheduling method is suitable for lower load of inner regions and higherload of outer regions.%为了增加传统TDD-CDMA蜂窝网络的上行链路容量,采用了两跳中继方式.在两跳中继蜂窝网络模型的基础上,提出了2种时隙调度方法:时隙同步调度与时隙反转调度.分析这2种方法下中继站和基站的小区内和小区间干扰情况,分别得到其在目标小区中的总干扰功率.通过数值计算,获得两跳中继TDD-CDMA蜂窝网络的上行链路容量闭合表达式,并讨论了2种调度方法对系统性能所产生的影响.实验结果表明,采用时隙同步调度方法时,目标小区内部区域可容纳更多用户;采用时隙反转调度方法时,目标小区外部区域可容纳更多用户.因此,时隙同步调度方法适用于小区内部区域负载较高、外部区域负载较低时的情况,而时隙反转调度方法则适用于小区内部区域负载较低、外部区域负载较高时的情况.【总页数】5页(P681-685)【作者】鲁蔚锋;杨绿溪;吴蒙【作者单位】东南大学信息与工程学院,南京210096;南京邮电大学计算机学院,南京210003;东南大学信息与工程学院,南京210096;南京邮电大学宽带无线通信与传感网技术教育部重点实验室,南京210003【正文语种】中文【中图分类】TN929.5【相关文献】1.两跳固定中继蜂窝网络的子载波信道分配策略 [J], 张瀚峰;王财进;吴伟陵2.两跳中继OFDMA蜂窝网络下行链路呼叫阻塞率分析 [J], 鲁蔚锋;杨绿溪;吴蒙3.两跳中继CDMA蜂窝系统的上行链路容量分析 [J], 鲁蔚锋;吴蒙4.基于智能固定中继的两跳蜂窝网络 [J], 孙静原5.基于模糊多目标决策的两跳中继蜂窝网络切换算法 [J], 鲁蔚锋;吴蒙因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

一种基于比例公平的多跳OFDMA系统资源分配算法

第１６卷第６期２１０１年１２月
文童编号：１０ —２９（００ —０４００７０４２１）６０２．６１
电路与系统学报
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＣＩＲＣＵＩＴＳＡＮＤＹＳＭＳＳＴＥ
ＶＯ．６１Ｎｏ６１．
Ｄｅｅｅ，ｃｍｂｒ２１０１
摘要ｔ为解决多跳ＯＤＦＭＡ系统的资源分配问题，本文提出一种基于比例公平的资源分配算法，该算法将一个联
合优化的问题分解为两个步骤，首先在等功率分配的条件下求出最优的子载波分配以及中继节点选择方案，然后再根据注水定理进行功率分配，以提高系统的性能。仿真结果表明，该算法能够在保障不同用户间公平性的条件下，有效
非常高的计算复杂度，因此本文提出一种分步式的资源分配算法，首先在等功率分配的情况下求出最优的子载波分配以及中继节点选择的方案，然后再采用注水定理进行最优的功率分配，进一步提高系
收稿日期ｔ２０ —２２０９１—３
修订日期：２１．４１０００－６
提高系统容量。
本文研究多跳ＯＦＭＡ系统的资源分配问题，提出一种基于比例公平（ｒｐｒｏａＦｉ）的资源ＤＰｏｏｔｎｌａｒｉ分配算法。比例公平算法能够有效地平衡用户公平性与系统容量之间的矛盾，并且在单跳ＯＤＭＡ系Ｆ统的资源分配中已得到有效的应用［，］由于该问题属于混合整数规划问题，对其进行直接求解具有１１。０１

基于两跳匹配的OFDMA中继网络联合资源分配算法

基于两跳匹配的OFDMA中继网络联合资源分配算法OFDMA（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）是一种多址技术，通过将频谱划分为不重叠的子载波，实现多用户同时传输数据的目标。

在OFDMA中继网络中，由于传输过程中存在信号衰减和噪声干扰等因素，需要进行联合资源分配来优化网络性能。

基于两跳匹配的OFDMA中继网络联合资源分配算法是一种有效的方法，通过两跳传输的方式实现中继功能，并通过资源分配算法来实现性能优化。

该算法的主要思想是通过两条跳转路径实现数据传输：用户直接与中继站进行通信，中继站再将数据转发给目标用户。

在进行资源分配时，需要考虑两跳传输中的三个关键问题：中继站选择，子载波分配和功率分配。

首先，在中继站选择方面，算法会考虑到信号传播的路径损耗、信道状态信息和用户到中继站的距离等因素。

通过计算可靠性指标和传输延迟指标，选择适当的中继站，以保证数据传输的可靠性和高效性。

其次，在子载波分配方面，算法会根据用户的需求和信道环境，将可用的子载波动态地分配给用户。

通过考虑用户之间的互相干扰和信道容量等因素，实现资源的优化利用。

最后，在功率分配方面，算法会根据用户的信道状态和信噪比等参数，动态分配功率给用户。

通过合理地分配功率，可以提高整个网络的能量利用效率，并提升用户的传输质量。

该算法的优点是在实现中继功能的同时，考虑了子载波和功率的动态分配，能够实现资源的有效利用和网络性能的优化。

同时，由于采用两跳传输的方式，可以减少信号衰减和噪声干扰的影响，提高数据传输的可靠性。

然而，该算法也存在一些挑战和局限性。

首先，由于资源的分配和功率的分配都是基于实时的信道状态信息，因此对于信道状态信息的获取和传输有一定的要求和开销。

其次，算法的性能可能受到网络拓扑、用户数量和用户分布等因素的影响，需要根据实际情况进行调整和优化。

综上所述，基于两跳匹配的OFDMA中继网络联合资源分配算法是一种能够提高网络性能的方法。