多業務OFDMA系統子載波分配研究

王圍

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

關鍵詞：OFDMA；子載波分配；多業務；語音業務；數據業務；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務傳輸通信的需求，第四代移動通信應運而生。OFDMA系統是由OFDM系統與其它多種接入方式相結合構成的。OFDMA是基于OFDM這一種多載波調制方式的多址接入方式的總稱。OFDMA系統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的。它可以明顯地改善系統吞吐量等性能。因為系統中的資源調度模塊可以利用多用戶分集與信道衰落特性以及依據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展，支持各種多媒體業務的服務質量要求，研究如何給不同的多媒體業務分配資源變得尤為重要。在OFDMA系統的資源分配中，如何給不同業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務共存的OFDMA系統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系統中同時存在實時性業務和非實時性業務的情況下，如何去分配系統的資源。實時性業務如語音業務，它對實時性要求高，誤碼率要求低，數據量的要求也低。因此根據這個特點，我們要優先為語音業務分配載波，保證它的傳輸。非實時性業務如數據業務，對實時性要求不高，可以延緩對它的傳輸。因此把它的優先級設置得比語音業務低。保證語音業務的傳輸，減少語音業務的掉線率。這樣就保證了在通信中語音業務的通信質量，滿足通信要求，具有現實意義。

2OFDMA系統的資源分配方案

本文主要有兩種業務構成，對于實時業務是優先處理。而對于非實時業務采用余量自適應（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的要求下和系統總發射功率固定的限制下去追求最大化系統的容量。RA優化準則是容量最大化問題，它的優化目標是在總的發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和傳輸功率，使得整個信道上傳輸的速率最大化。

這個問題可以用數學表述為：

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）函數的反函數且Q（x）=12π∫

SymboleB@ xe-t22dt。

式（1）中，PT是基站的總發射功率，N為子載波的個數，K是系統中的總用戶數目。Rk為用戶k的數據速率，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。函數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個比特的數據所需要的接收功率，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信息。式（2）表示在進行無線資源分配時，系統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務，作為數據業務和語音業務，并且根據實際情況，要使數據業務的數目要大于語音業務。由于語音業務的處理要優先于數據業務，因此要定義語音業務的優先級比數據業務高。又由于它們的業務類型不同，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務和數據業務分配子載波。語音業務是實時業務。因此要設計一個時延，對當前的語音業務進行檢測，并且在時延中只處理一個語音業務，將N個子載波全部給它。語音業務處理完后再對數據業務分配載波。然后再與不區分用戶優先級的算法進行對比。

3.2算法實現流程

步驟一：當系統接收到K1個語音用戶和K2個數據業務時，先給用戶設置優先級。語音用戶的優先級設為1，數據用戶的優先級設為2。

步驟二：檢測當前的用戶數目是否為零，如果為零，退出循環，所有的業務都處理完。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，到了規定的時間進入步驟四。

步驟四：檢測優先級為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，同時將該用戶的優先級設為0，代表它已經被處理過了。然后進入步驟二。如果檢測到優先級為1的用戶都被處理完則進入步驟五。

步驟五：檢測優先級為2的用戶是否處理完，如果沒有處理完，給優先級為2的用戶分配子載波，同時將它們的優先級設為0，代表已經被處理過了。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：語音用戶和數據用戶分別分配載波，并且每一次只給一個語音用戶分配子載波，而數據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是不分用戶優先級時，語音用戶的掉線率，它所有語音業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，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。因此區分用戶優先級后，語音用戶的掉線率很低，實現了設計方案的目標。

5結束語

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

參考文獻

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