王圍

摘要：第四代移動(dòng)通信研究的熱門(mén)是資源調(diào)度。其中如何在多種業(yè)務(wù)共存的OFDMA系統(tǒng)中合理的分配資源成為了關(guān)鍵性問(wèn)題。提出了當(dāng)OFDMA系統(tǒng)中同時(shí)存在語(yǔ)音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時(shí)，合理的為它們分配資源的設(shè)計(jì)方案。即是要依據(jù)業(yè)務(wù)的特點(diǎn)區(qū)分業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)。仿真結(jié)果表明：區(qū)分業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)比不區(qū)分業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)的性能好，主要體現(xiàn)在實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)的掉線率上，它的掉線率很低，幾乎為零。

關(guān)鍵詞：OFDMA；子載波分配；多業(yè)務(wù)；語(yǔ)音業(yè)務(wù)；數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；掉線率

中圖分類號(hào)：TB

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2016.25.095

1引言

在過(guò)去的幾十年間，人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注于無(wú)線移動(dòng)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(yùn)用。為了滿足人們對(duì)于多媒體業(yè)務(wù)傳輸通信的需求，第四代移動(dòng)通信應(yīng)運(yùn)而生。OFDMA系統(tǒng)是由OFDM系統(tǒng)與其它多種接入方式相結(jié)合構(gòu)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(gè)子載波之間彼此正交的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)的。它可以明顯地改善系統(tǒng)吞吐量等性能。因?yàn)橄到y(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(yīng)地進(jìn)行資源分配。所以在它的支撐上進(jìn)行的資源調(diào)度成為了第四代移動(dòng)通信研究的熱門(mén)。為了適應(yīng)將來(lái)移動(dòng)通信的發(fā)展，支持各種多媒體業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量要求，研究如何給不同的多媒體業(yè)務(wù)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(wù)采取怎樣的方式分配資源是一個(gè)復(fù)雜度極高的問(wèn)題。

通過(guò)上述我們知道多業(yè)務(wù)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(gè)基礎(chǔ)上本文主要討論的是在OFDMA系統(tǒng)中同時(shí)存在實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)和非實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)的情況下，如何去分配系統(tǒng)的資源。實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)如語(yǔ)音業(yè)務(wù)，它對(duì)實(shí)時(shí)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(gè)特點(diǎn)，我們要優(yōu)先為語(yǔ)音業(yè)務(wù)分配載波，保證它的傳輸。非實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)如數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高，可以延緩對(duì)它的傳輸。因此把它的優(yōu)先級(jí)設(shè)置得比語(yǔ)音業(yè)務(wù)低。保證語(yǔ)音業(yè)務(wù)的傳輸，減少語(yǔ)音業(yè)務(wù)的掉線率。這樣就保證了在通信中語(yǔ)音業(yè)務(wù)的通信質(zhì)量，滿足通信要求，具有現(xiàn)實(shí)意義。

2OFDMA系統(tǒng)的資源分配方案

本文主要有兩種業(yè)務(wù)構(gòu)成，對(duì)于實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)是優(yōu)先處理。而對(duì)于非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)采用余量自適應(yīng)（MA）準(zhǔn)則處理。容量自適應(yīng)（RA）準(zhǔn)則是非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的自適應(yīng)資源分配算法常常采用的準(zhǔn)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(zhǔn)則是容量最大化問(wèn)題，它的優(yōu)化目標(biāo)是在總的發(fā)射功率一定的基礎(chǔ)上，通過(guò)在多個(gè)子信道間合理地分配比特?cái)?shù)和傳輸功率，使得整個(gè)信道上傳輸?shù)乃俾首畲蠡?/p>

這個(gè)問(wèn)題可以用數(shù)學(xué)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(gè)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(hào)。Ck，n為用戶k在子載波上n分配的比特?cái)?shù)。函數(shù)f（.）表示當(dāng)信道增益為1時(shí)，在一定的BER誤碼率約束下，接收c個(gè)比特的數(shù)據(jù)所需要的接收功率，它和c與BER之間的關(guān)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(gè)用戶在第n個(gè)子載波上的信道狀態(tài)信息。式（2）表示在進(jìn)行無(wú)線資源分配時(shí)，系統(tǒng)必須要滿足用戶的速率要求。式（3）、（4）表示一個(gè)子載波只能分配給一個(gè)用戶，這是因?yàn)橹挥袧M足這個(gè)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(shè)計(jì)思想

本文定義兩種不同的業(yè)務(wù)，作為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和語(yǔ)音業(yè)務(wù)，并且根據(jù)實(shí)際情況，要使數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的數(shù)目要大于語(yǔ)音業(yè)務(wù)。由于語(yǔ)音業(yè)務(wù)的處理要優(yōu)先于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，因此要定義語(yǔ)音業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)比數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)高。又由于它們的業(yè)務(wù)類型不同，特點(diǎn)和要求也不一樣，因此要采用兩種不同的算法分別給語(yǔ)音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)分配子載波。語(yǔ)音業(yè)務(wù)是實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。因此要設(shè)計(jì)一個(gè)時(shí)延，對(duì)當(dāng)前的語(yǔ)音業(yè)務(wù)進(jìn)行檢測(cè)，并且在時(shí)延中只處理一個(gè)語(yǔ)音業(yè)務(wù)，將N個(gè)子載波全部給它。語(yǔ)音業(yè)務(wù)處理完后再對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)分配載波。然后再與不區(qū)分用戶優(yōu)先級(jí)的算法進(jìn)行對(duì)比。

3.2算法實(shí)現(xiàn)流程

步驟一：當(dāng)系統(tǒng)接收到K1個(gè)語(yǔ)音用戶和K2個(gè)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時(shí)，先給用戶設(shè)置優(yōu)先級(jí)。語(yǔ)音用戶的優(yōu)先級(jí)設(shè)為1，數(shù)據(jù)用戶的優(yōu)先級(jí)設(shè)為2。

步驟二：檢測(cè)當(dāng)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(wù)都處理完。如果不為零，則進(jìn)入步驟三。

步驟三：先判斷是否過(guò)了時(shí)延要求，時(shí)延定義為10秒，即是每過(guò)10秒檢測(cè)一次。當(dāng)沒(méi)到時(shí)間時(shí)，不進(jìn)行處理，到了規(guī)定的時(shí)間進(jìn)入步驟四。

步驟四：檢測(cè)優(yōu)先級(jí)為1的用戶是否處理完，如果沒(méi)有處理完，找出哪個(gè)語(yǔ)音用戶的信道容量較好，找出最好的用戶將N個(gè)子載波都分給它，同時(shí)將該用戶的優(yōu)先級(jí)設(shè)為0，代表它已經(jīng)被處理過(guò)了。然后進(jìn)入步驟二。如果檢測(cè)到優(yōu)先級(jí)為1的用戶都被處理完則進(jìn)入步驟五。

步驟五：檢測(cè)優(yōu)先級(jí)為2的用戶是否處理完，如果沒(méi)有處理完，給優(yōu)先級(jí)為2的用戶分配子載波，同時(shí)將它們的優(yōu)先級(jí)設(shè)為0，代表已經(jīng)被處理過(guò)了。然后進(jìn)入步驟二，如果處理完，直接進(jìn)入步驟二。

4仿真結(jié)果及分析

如圖1和圖2所示，我們可以明顯的看出：語(yǔ)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(gè)語(yǔ)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(shí)刻爭(zhēng)用所有載波。

如圖3所示，我們由points priority可以得出每一個(gè)時(shí)間段只給一個(gè)語(yǔ)音用戶分配載波，這符合研究的期望。所以它只有一個(gè)語(yǔ)音用戶的掉線率低，基本上為零。而其它兩個(gè)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(jí)時(shí)，語(yǔ)音用戶的掉線率，它所有語(yǔ)音業(yè)務(wù)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(gè)語(yǔ)音用戶處理完，其它兩個(gè)語(yǔ)音用戶掉線率與圖3類似，因此可以得到總的語(yǔ)言用戶的掉線率如圖4所示。因此區(qū)分用戶優(yōu)先級(jí)后，語(yǔ)音用戶的掉線率很低，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)方案的目標(biāo)。

5結(jié)束語(yǔ)

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(wù)如何去子載波分配的問(wèn)題，對(duì)于實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)優(yōu)先處理。而對(duì)于非實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)采用RA準(zhǔn)則對(duì)其進(jìn)行處理，使得它的吞吐量最大。通過(guò)仿真表明區(qū)分用戶優(yōu)先級(jí)后實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)的掉線較低。

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