CN102186213B - 基于异构中继无线网络***架构的上行无线资源管理方法 - Google Patents

基于异构中继无线网络***架构的上行无线资源管理方法 Download PDF

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CN102186213B CN2011101154709A CN201110115470A CN102186213B CN 102186213 B CN102186213 B CN 102186213B CN 2011101154709 A CN2011101154709 A CN 2011101154709A CN 201110115470 A CN201110115470 A CN 201110115470A CN 102186213 B CN102186213 B CN 102186213B
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Abstract

本发明涉及一种基于异构中继无线网络***架构的上行无线资源管理方法。本发明首先选择空闲移动终端e作为中继节点；其次确定中继链路第一跳的速率及功率；然后BS给各MS分配子载波；最后基于注水原理给各子载波分配功率。本发明方法能够公平、高效的利用***资源，提高***的吞吐量和中断概率等性能。

Description

基于异构中继无线网络***架构的上行无线资源管理方法
技术领域
本发明属于移动无线网络技术领域，具体涉及一种基于异构中继无线网络***架构的上行无线资源管理方法。
背景技术
随着无线多媒体通信的发展，特别是实时视频通信等高速业务的发展，对***的速率和可靠性提出越来越高的要求。这就意味着需要有更新的技术来支持如此高的速率和可靠性的要求。然而，传统的蜂窝网络可能无法满足以上的需求。因此，正交频分多址接入（Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA）技术和中继技术被引入无线通信。
频率选择性衰落是无线通信中的一个主要问题。在多载波多接入***中，对于某个移动终端(Mobile Station，MS)是深衰落的子载波，对于另外一个MS可能衰落非常小。OFDMA就是多载波多接入技术的一种。在OFDMA技术中，每个MS可以选择信道条件较好的子信道进行数据传输，由于MS间信道衰落的独立性，从而保证了各个子载波都被对应信道条件较优的MS使用，获得了频率上的多用户分集增益，这样就能够更好地满足MS的服务质量(Quality of Service，QoS)。
中继作为***移动通信（Fourth Generation，4G）的一个核心技术，具有其特殊的优势。在蜂窝***中引入中继，可以提高传输速率和可靠性，增大小区的覆盖面积，并且能够改善边缘用户的服务质量。中继技术可以分为带内中继和带外中继。前者又可称为协作中继，其可以在不增加天线的前提下实现空间分集，但是由于其半双工特性，会损失频谱效率。带外中继又可以称为异构中继，是利用蜂窝网络频带外的频率资源进行中继。因此，***吞吐和中断概率等性能可以得到极大的提高。
把异构中继技术集成到蜂窝OFDMA网络中，将是一个极具前景的技术。然而，至今为止还没有这方面的工作。此外，由于引入异构中继后，传统的无线资源管理方法将不再适用，因此如何在保证一定的公平性的前提下，通过对***资源进行分配，从而提高***吞吐量是进一步需要解决的一个技术问题。
发明内容
本发明针对现有技术上的不足，提出了一种基于异构中继无线网络***架构的上行无线资源管理方法。该上行无线资源管理方法所应用的***架构是基于OFDMA网络和OFDMA网络频带外（简称带外）的Ad Hoc网络。
本发明中的异构中继无线网络***架构是基于OFDMA网络和带外的Ad Hoc网络，在该网络***架构中，MS都是双模的，它们都有OFDMA和Ad Hoc网络的无线接口。需要传输业务的MS可以选择空闲的MS作为其中继节点协助其进行通信。这样，需要传输业务的MS与基站（Base Station，BS）之间就有了2条上行链路：需要传输业务的MS与BS通过OFDMA网络直接通信，这是直连链路；需要传输业务的MS在其中继节点的协助下与BS通信，这是中继链路，MS与其中继节点之间的第一跳通信是通过带外的Ad Hoc网络，中继节点与BS之间的第二跳通信是通过OFDMA网络。
在本发明中的异构中继无线网络***架构中，有一个BS和M个MS，MS的集合表示为                                                ，其中需要传输业务的MS有F个，表示为
Figure 604659DEST_PATH_IMAGE002
，空闲的MS有E个，表示为
Figure 2011101154709100002DEST_PATH_IMAGE003
。OFDMA网络的总带宽为B，网络中的子载波个数为K，表示为
Figure 502821DEST_PATH_IMAGE004
。Ad Hoc网络的总带宽为B’。
针对上述异构中继无线网络***架构，本发明提出了一种低复杂度的上行无线资源管理方法，包括以下步骤：
步骤（1）当移动终端f需要传输业务时，首先需要选择空闲移动终端e作为中继节点，具体方法如下：
（a）移动终端f发送“中继请求”消息，这里所述的“中继请求”消息包含其到BS的距离，用
Figure 2011101154709100002DEST_PATH_IMAGE005
表示。
（b）空闲的移动终端收到“中继请求”消息后，根据自己到基站的距离
Figure 707537DEST_PATH_IMAGE006
，延迟一段时间再发送中继回复消息；距离
Figure 827809DEST_PATH_IMAGE006
被分成L个间隔，每个间隔对应上述的延迟时间段。到基站距离越近的移动终端，延迟时间越短，这样就能够选择到离基站最近的空闲移动终端作为中继节点。
（c）发送“中继请求”消息的移动终端f收到空闲移动终端e的第一个“中继回复”后，就广播一个“中继选定”信息，通知空闲移动终端e，移动终端f已经选定它作为中继节点了，并通知其它空闲移动终端不用再等待了，移动终端f已经完成了中继选择。用
Figure 2011101154709100002DEST_PATH_IMAGE007
表示中继选择指示，当
Figure 965529DEST_PATH_IMAGE007
=1时，表示移动终端f选择了空闲移动终端e作为其中继节点；当
Figure 381729DEST_PATH_IMAGE007
=0时，表示移动终端f没有选择空闲移动终端e作为其中继节点。
步骤（2）确定中继链路第一跳的速率及功率，具体方法如下：
（d）针对一组MS（一个移动终端f及其对应的中继节点e）的第一跳（这里的第一跳是指：从需要传输业务的移动终端f通过Ad Hoc网络，到其对应中继节点e的链路），用
Figure 401638DEST_PATH_IMAGE008
表示其它MS组的干扰。其中，f’表示除移动终端f以外，其它需要传输业务的移动终端，e’表示f’对应的中继节点，
Figure 2011101154709100002DEST_PATH_IMAGE009
表示除移动终端f以外，其它需要传输业务的移动终端f’到f的中继节点e的信道功率增益，表示移动终端f’在Ad Hoc网络对其中继节点e’的发射功率。
假设没有其它MS组的干扰，即
Figure 2011101154709100002DEST_PATH_IMAGE011
，且假设移动终端f的中继链路第一跳的速率等于目标速率上限
Figure 2011101154709100002DEST_PATH_IMAGE013
，通过香农速率公式
Figure 308524DEST_PATH_IMAGE014
，求出移动终端f向其中继节点e的发射功率值
Figure 2011101154709100002DEST_PATH_IMAGE015
，其中
Figure 487832DEST_PATH_IMAGE016
是f到e的信道功率增益，
Figure 2011101154709100002DEST_PATH_IMAGE017
是高斯白噪声的功率谱密度。
若
Figure 215486DEST_PATH_IMAGE015
小于或等于移动终端f在Ad Hoc网络可用功率的最大值
Figure 124536DEST_PATH_IMAGE018
，则
Figure 131806DEST_PATH_IMAGE015
不变，且
Figure 595148DEST_PATH_IMAGE012
就等于
Figure 470701DEST_PATH_IMAGE013
；若
Figure 968678DEST_PATH_IMAGE015
大于移动终端f在Ad Hoc网络可用功率的最大值
Figure 632003DEST_PATH_IMAGE018
，则令等于
Figure 261884DEST_PATH_IMAGE018
，并带入香农速率公式
Figure 2011101154709100002DEST_PATH_IMAGE019
，求出
Figure 20893DEST_PATH_IMAGE012
。
（e）依次对其它的MS组也进行与步骤（d）同样的操作，从而得出了所有需要传输业务的移动终端f向其中继节点e的发射功率值
Figure 229020DEST_PATH_IMAGE020
。
（f）对所有的MS组，去掉步骤（d）中
Figure 666955DEST_PATH_IMAGE011
的假设，将前面得出的
Figure 8943DEST_PATH_IMAGE020
，代入公式
Figure 215934DEST_PATH_IMAGE008
，就求得了干扰值
Figure 2011101154709100002DEST_PATH_IMAGE021
。依旧认为其速率
Figure 860542DEST_PATH_IMAGE012
等于
Figure 785772DEST_PATH_IMAGE013
，然后通过香农速率公式
Figure 416605DEST_PATH_IMAGE022
，求出功率
Figure 274840DEST_PATH_IMAGE015
。
若小于或等于移动终端f在Ad Hoc网络可用功率的最大值
Figure 706138DEST_PATH_IMAGE018
，则
Figure 900183DEST_PATH_IMAGE015
不变，且
Figure 81766DEST_PATH_IMAGE012
就等于
Figure 68176DEST_PATH_IMAGE013
；若
Figure 967999DEST_PATH_IMAGE015
大于移动终端f在Ad Hoc网络可用功率的最大值
Figure 940634DEST_PATH_IMAGE018
，则令
Figure 976723DEST_PATH_IMAGE015
等于
Figure 134035DEST_PATH_IMAGE018
，并带入香农速率公式
Figure 2011101154709100002DEST_PATH_IMAGE023
，求出
Figure 911367DEST_PATH_IMAGE012
；
（g）重复步骤（f），直到求得的所有的功率值
Figure 281169DEST_PATH_IMAGE020
都不再变化了，或者变化量小于
Figure 968502DEST_PATH_IMAGE024
。其中，
Figure 172081DEST_PATH_IMAGE024
是一个很小的值，表示
Figure 780917DEST_PATH_IMAGE015
在前后两次迭代中的变化量。通过这些确定的，带入香农速率公式，最终确定所有MS组中继链路第一跳的速率
Figure 387927DEST_PATH_IMAGE026
。
步骤（3）BS给各MS分配子载波，具体方法如下：
（h）针对K个子载波中的某一个子载波k，假设其分配给了需要传输业务的移动终端f的直连链路，通过公式
Figure 2011101154709100002DEST_PATH_IMAGE027
，求出速率的增量
Figure 887042DEST_PATH_IMAGE028
。其中，
Figure 2011101154709100002DEST_PATH_IMAGE029
是移动终端f的直连链路的当前速率，
Figure 389698DEST_PATH_IMAGE030
是移动终端f获得当前子载波k后直连链路速率。
Figure 2011101154709100002DEST_PATH_IMAGE031
是子载波分配指示，当
Figure 632461DEST_PATH_IMAGE031
=1时，表示子载波k分配给了移动终端f；当
Figure 419020DEST_PATH_IMAGE031
=0时，表示子载波k没有分配给移动终端f。
Figure 557877DEST_PATH_IMAGE032
是移动终端f在子载波k上的发射功率。
Figure 2011101154709100002DEST_PATH_IMAGE033
是移动终端f到BS在子载波k上的信道功率增益。为容量差距（Capacity gap），可表示为
Figure 2011101154709100002DEST_PATH_IMAGE035
，其中BER是比特差错概率。
（i）同时，假设子载波k分配给了移动终端e。这里的移动终端e是需要传输业务的移动终端f的对应中继节点。通过公式
Figure 859863DEST_PATH_IMAGE036
，求出速率的增量
Figure 2011101154709100002DEST_PATH_IMAGE037
。其中，
Figure 999464DEST_PATH_IMAGE038
是移动终端e到BS的当前速率，也就是中继链路第二跳的速率。
Figure 2011101154709100002DEST_PATH_IMAGE039
是移动终端e获得当前子载波k后的速率。
Figure 840381DEST_PATH_IMAGE040
是移动终端e在子载波k上的发射功率。
Figure 2011101154709100002DEST_PATH_IMAGE041
是移动终端e到BS在子载波k上的信道功率增益。
（j）类似上述两个步骤，遍历所有需要传输业务且没有达到速率上限
Figure 52050DEST_PATH_IMAGE013
的移动终端f及其对应的中继节点，找到使得速率增量最大的移动终端，即或
Figure 2011101154709100002DEST_PATH_IMAGE043
，把当前子载波分配给这个移动终端，即有
Figure 132188DEST_PATH_IMAGE031
=1或者
Figure 144006DEST_PATH_IMAGE044
=1。
完成这次子载波k的分配后，再次计算移动终端f的总速率
Figure 2011101154709100002DEST_PATH_IMAGE045
。如果
Figure 108551DEST_PATH_IMAGE046
，则这个移动终端f可以参与后续子载波的分配；如果
Figure 2011101154709100002DEST_PATH_IMAGE047
，则这个移动终端f不再参与后续子载波的分配。其中，
Figure 231228DEST_PATH_IMAGE048
，表示移动终端f的总速率等于直连链路速率
Figure 348351DEST_PATH_IMAGE029
与中继链路速率之和。而中继链路速率又等于中继链路第一跳速率
Figure 2011101154709100002DEST_PATH_IMAGE049
和中继链路第二跳速率
Figure 531070DEST_PATH_IMAGE038
中，最小的那个值
Figure 310808DEST_PATH_IMAGE050
。
（k）一直循环执行步骤（h）、步骤（i）和步骤（j），直到所有MS都达到目标速率上限
Figure 112541DEST_PATH_IMAGE013
，或者子载波分配完了，结束子载波分配。
步骤（4）基于注水原理给各子载波分配功率。具体方法如下：
定义移动终端m在子载波k上的信道增益噪声比为
Figure 2011101154709100002DEST_PATH_IMAGE051
。从而移动终端m的最优功率分配可以表示为，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE053
，且水平面
Figure 936327DEST_PATH_IMAGE054
的选择要保证
Figure DEST_PATH_IMAGE055
。其中，表示移动终端m在OFDMA网络中可用功率的最大值。
本发明的优点在于：本发明针对异构中继无线网络***架构，相应提出了一种低复杂度的上行无线资源管理方法。该方法能够公平、高效的利用***资源，提高***的吞吐量和中断概率等性能。
附图说明
图1是异构中继无线网络***架构；
图2是本发明方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
异构中继无线网络***架构如图1所示，该***架构基于OFDMA网络和带外的Ad Hoc网络，在该网络***架构中，有一个BS和50个MS，MS的集合表示为
Figure DEST_PATH_IMAGE057
，其中需要传输业务的MS有5个，表示为，空闲的MS有45个，表示为。MS都是双模的，它们都有OFDMA和Ad Hoc网络的无线接口。需要传输业务的MS可以选择空闲的MS作为其中继节点协助其进行通信。这样，需要传输业务的MS与基站（Base Station，BS）之间就有了2条上行链路：需要传输业务的MS与BS通过OFDMA网络直接通信，这是直连链路；需要传输业务的MS在其中继节点的协助下与BS通信，这是中继链路，MS与其中继节点之间的第一跳通信是通过带外的Ad Hoc网络，中继节点与BS之间的第二跳通信是通过OFDMA网络。OFDMA网络的总带宽为25MHz，网络中的子载波个数为512个，表示为。Ad Hoc网络的总带宽为40MHz。
针对上述异构中继无线网络***架构，本发明提出了一种低复杂度的上行无线资源管理方法，如图2所示，包括以下步骤：
步骤（1）当移动终端f需要传输业务时，首先需要选择空闲的移动终端e作为中继节点，具体方法如下：
（a） 移动终端f发送“中继请求”消息，这里所述的“中继请求”消息包含其到BS的距离，用
Figure 687672DEST_PATH_IMAGE005
表示。
（b）空闲的移动终端收到“中继请求”消息后，根据自己到基站的距离
Figure 973160DEST_PATH_IMAGE006
，延迟一段时间再发送“中继回复”消息。距离被分成1000个间隔，每个间隔对应一个延迟时间。到基站距离越近的移动终端，延迟时间越短，这样就能够选择到离基站最近的空闲移动终端作为中继节点。
（c） 发送“中继请求”消息的移动终端f收到空闲移动终端e的第一个“中继回复”后，就广播一个“中继选定”信息，通知空闲移动终端e，移动终端f已经选定它作为中继节点了，并通知其它空闲移动终端不用再等待了，移动终端f已经完成了中继选择。是中继选择指示，当
Figure 499136DEST_PATH_IMAGE007
=1时，表示移动终端f选择了空闲移动终端e作为其中继节点；当
Figure 69926DEST_PATH_IMAGE007
=0时，表示移动终端f没有选择空闲移动终端e作为其中继节点。
步骤（2）确定中继链路第一跳的速率及功率，具体方法如下：
（d）针对一组MS（一个移动终端f及其对应的中继节点e）的第一跳（这里的第一跳是指：从需要传输业务的移动终端f通过Ad Hoc网络，到其对应中继节点e的链路），用表示其它MS组的干扰。其中，f’表示除移动终端f以外，其它需要传输业务的移动终端，e’表示f’对应的中继节点，
Figure DEST_PATH_IMAGE061
表示除移动终端f以外，其它需要传输业务的移动终端f’到f的中继节点e的信道功率增益，
Figure 383412DEST_PATH_IMAGE062
表示移动终端f’在Ad Hoc网络对其中继节点e’的发射功率。
假设没有其它MS组的干扰，即
Figure 417096DEST_PATH_IMAGE011
，且假设移动终端f的中继链路第一跳的速率
Figure 17842DEST_PATH_IMAGE012
等于目标速率上限
Figure 12343DEST_PATH_IMAGE013
，通过香农速率公式
Figure 356736DEST_PATH_IMAGE014
，求出移动终端f向其中继节点e的发射功率值
Figure 589135DEST_PATH_IMAGE015
，其中
Figure 767306DEST_PATH_IMAGE016
是f到e的信道功率增益，
Figure 717945DEST_PATH_IMAGE017
是高斯白噪声的功率谱密度。在本实施例中
Figure 131608DEST_PATH_IMAGE013
设为10Mbps，设为-174dBm/Hz。
若
Figure 426641DEST_PATH_IMAGE015
小于或等于移动终端f在Ad Hoc网络可用功率的最大值
Figure 21832DEST_PATH_IMAGE018
，则不变，且
Figure 446177DEST_PATH_IMAGE012
就等于
Figure 559627DEST_PATH_IMAGE013
；若
Figure 484858DEST_PATH_IMAGE015
大于移动终端f在Ad Hoc网络可用功率的最大值
Figure 115690DEST_PATH_IMAGE018
，则令
Figure 442766DEST_PATH_IMAGE015
等于
Figure 992696DEST_PATH_IMAGE018
，并带入香农速率公式
Figure 405223DEST_PATH_IMAGE019
，求出，在本实施例中
Figure 270597DEST_PATH_IMAGE018
设为10mW。
（e） 依次对其它的MS组也进行与步骤（d）同样的操作，从而得出了所有需要传输业务的移动终端f向其中继节点e的发射功率值
Figure 725849DEST_PATH_IMAGE020
。
（f）对所有的MS组，去掉步骤（d）中
Figure 891251DEST_PATH_IMAGE011
的假设，将前面得出的
Figure 457362DEST_PATH_IMAGE020
，代入公式
Figure 759030DEST_PATH_IMAGE008
，就求得了干扰值
Figure 791708DEST_PATH_IMAGE021
。依旧认为其速率
Figure 913248DEST_PATH_IMAGE012
等于
Figure 814208DEST_PATH_IMAGE013
，然后通过香农速率公式
Figure 970383DEST_PATH_IMAGE022
，求出功率
Figure 767437DEST_PATH_IMAGE015
。
若
Figure 530601DEST_PATH_IMAGE015
小于或等于移动终端f在Ad Hoc网络可用功率的最大值
Figure 438514DEST_PATH_IMAGE018
，则
Figure 980354DEST_PATH_IMAGE015
不变，且就等于
Figure 44442DEST_PATH_IMAGE013
；若大于移动终端f在Ad Hoc网络可用功率的最大值
Figure 27758DEST_PATH_IMAGE018
，则令
Figure 697774DEST_PATH_IMAGE015
等于
Figure 281202DEST_PATH_IMAGE018
，并带入香农速率公式，求出
Figure 171983DEST_PATH_IMAGE012
。
（g） 重复步骤（f），直到求得的所有的功率值
Figure 481742DEST_PATH_IMAGE020
都不再变化了，或者变化量小于。其中，
Figure 137031DEST_PATH_IMAGE024
是一个很小的值，表示在前后两次迭代中的变化量,在本实施例中设为0.000001mW。通过这些确定的，带入香农速率公式，最终确定所有MS组中继链路第一跳的速率。
步骤（3）BS给各MS分配子载波，具体方法如下：
（h） 针对K个子载波中的某一个子载波k，假设其分配给了需要传输业务的移动终端f的直连链路，通过公式
Figure 313377DEST_PATH_IMAGE027
，求出速率的增量
Figure 383794DEST_PATH_IMAGE028
。其中，
Figure 779003DEST_PATH_IMAGE029
是移动终端f的直连链路的当前速率，
Figure 999900DEST_PATH_IMAGE030
是移动终端f获得当前子载波k后直连链路速率。
Figure 822363DEST_PATH_IMAGE031
是子载波分配指示，当
Figure 276347DEST_PATH_IMAGE031
=1时，表示子载波k分配给了移动终端f；当=0时，表示子载波k没有分配给移动终端f。是移动终端f在子载波k上的发射功率。
Figure 668648DEST_PATH_IMAGE033
是移动终端f到BS在子载波k上的信道功率增益。
Figure 422977DEST_PATH_IMAGE034
为容量差距（Capacity gap），可表示为
Figure 566514DEST_PATH_IMAGE035
，其中BER是比特差错概率, 在本实施例中设为
Figure DEST_PATH_IMAGE063
10-3，所以
Figure 621057DEST_PATH_IMAGE064
。
（i） 同时，假设子载波k分配给了移动终端e。这里的移动终端e是需要传输业务的移动终端f的对应中继节点。通过公式，求出速率的增量
Figure 449784DEST_PATH_IMAGE037
。其中，
Figure 724908DEST_PATH_IMAGE038
是移动终端e到基站的当前速率，也就是中继链路第二跳的速率。
Figure 899537DEST_PATH_IMAGE039
是移动终端e获得当前子载波k后的速率。
Figure 234704DEST_PATH_IMAGE040
是移动终端e在子载波k上的发射功率。
Figure 963625DEST_PATH_IMAGE041
是移动终端e到BS在子载波k上的信道功率增益。
（j） 类似上述两个步骤，遍历所有需要传输业务且没有达到速率上限
Figure 448964DEST_PATH_IMAGE013
的移动终端f及其对应的中继节点，找到使得速率增量最大的移动终端，即
Figure 946942DEST_PATH_IMAGE042
或
Figure 249747DEST_PATH_IMAGE043
，把当前子载波分配给这个移动终端，即有=1或者
Figure 82891DEST_PATH_IMAGE044
=1。
完成这次子载波k的分配后，再次计算移动终端f的总速率
Figure 91167DEST_PATH_IMAGE045
。如果
Figure 33715DEST_PATH_IMAGE046
，则这个移动终端f可以参与后续子载波的分配；如果
Figure 2808DEST_PATH_IMAGE047
，则这个移动终端f不再参与后续子载波的分配。其中，
Figure 423425DEST_PATH_IMAGE048
，表示移动终端f的总速率等于直连链路速率
Figure 302520DEST_PATH_IMAGE029
与中继链路速率之和。而中继链路速率又等于中继链路第一跳速率
Figure 415969DEST_PATH_IMAGE049
和中继链路第二跳速率
Figure 341200DEST_PATH_IMAGE038
中，最小的那个值
Figure 96666DEST_PATH_IMAGE050
。
（k） 一直循环执行步骤（h）、步骤（i）和步骤（j），直到所有MS都达到目标速率上限
Figure 158163DEST_PATH_IMAGE013
，或者子载波分配完了，结束子载波分配。
步骤（4）基于注水原理给各子载波分配功率。具体方法如下：
定义移动终端 m在子载波k上的信道增益噪声比为。从而移动终端 m的最优功率分配可以表示为
Figure 9368DEST_PATH_IMAGE052
，其中，
Figure 37367DEST_PATH_IMAGE053
，且水平面
Figure 750108DEST_PATH_IMAGE054
的选择要保证
Figure 939781DEST_PATH_IMAGE055
。其中，
Figure 246129DEST_PATH_IMAGE056
表示移动终端m在OFDMA网络中可用功率的最大值，在本实施例中
Figure 812239DEST_PATH_IMAGE056
设为100mW。

Claims (1)

1.基于异构中继无线网络***架构的上行无线资源管理方法，在该异构中继无线网络***架构中，有一个基站和M个移动终端，移动终端的集合表示为M={m|1,2,...,M}，其中需要传输业务的移动终端有F个，表示为F={f|1,2,...,F}，空闲的移动终端有E个，表示为E={e|F+1,F+2,...,M}；OFDMA网络的总带宽为B，网络中的子载波个数为K，表示为K={k|1,2,...,K}；Ad Hoc网络的总带宽为B’，其特征在于该方法包括如下步骤：
步骤(1)当移动终端f需要传输业务时，首先需要选择空闲移动终端e作为中继节点，具体方法如下：
(a)移动终端f发送中继请求消息，所述的中继请求消息包含移动终端f到基站的距离，用df,BS表示；
(b)空闲的移动终端收到中继请求消息后，根据自己到基站的距离de,BS，延迟一段时间再发送中继回复消息；距离de,BS被分成L个间隔，每个间隔对应上述的延迟时间段；
(c)发送中继请求消息的移动终端f收到空闲移动终端e的第一个中继回复消息后，就广播一个中继选定消息，通知空闲移动终端e，移动终端f已经选定它作为中继节点了，并通知其它空闲移动终端不用再等待了，移动终端f已经完成了中继选择；用sf,e表示中继选择指示，当sf,e=1时，表示移动终端f选择了空闲移动终端e作为其中继节点；当sf,e=0时，表示移动终端f没有选择空闲移动终端e作为其中继节点；
步骤(2)确定中继链路第一跳的速率及功率，具体方法如下：
(d)针对一组移动终端的第一跳，用
Figure FDA00003049302300011
表示其它移动终端组的干扰；其中，f’表示除移动终端f以外，其它需要传输业务的移动终端，e’表示f’对应的中继节点，|He,f'|2表示除移动终端f以外，其它需要传输业务的移动终端f’到f的中继节点e的信道功率增益，Pf',e'表示移动终端f’在Ad Hoc网络对其中继节点e’的发射功率；
假设没有其它移动终端组的干扰，即If=0，且假设移动终端f的中继链路第一跳的速率
Figure FDA00003049302300021
等于目标速率上限通过香农速率公式求出移动终端f向其中继节点e的发射功率值
Figure FDA00003049302300024
其中|Hf,e|2是f到e的信道功率增益，N0是高斯白噪声的功率谱密度；
若小于或等于移动终端f在Ad Hoc网络可用功率的最大值
Figure FDA00003049302300026
则
Figure FDA00003049302300027
不变，且就等于
Figure FDA00003049302300029
若
Figure FDA000030493023000210
大于移动终端f在Ad Hoc网络可用功率的最大值
Figure FDA000030493023000211
则令
Figure FDA000030493023000212
等于
Figure FDA000030493023000213
并带入香农速率公式 R ^ f hop 1 = B ′ log 2 ( 1 + Σ e = F + 1 M s f , e P f AdHoc | H f , e | 2 B ′ N 0 + 0 ) , 求出
(e)依次对其它的移动终端组也进行与步骤（d）同样的操作，从而得出了所有需要传输业务的移动终端f向其中继节点e的发射功率值
Figure FDA000030493023000216
(f)对所有的移动终端组，去掉步骤（d）中If=0的假设，将前面得出的代入公式就求得了干扰值If；依旧认为其速率
Figure FDA000030493023000219
等于然后通过香农速率公式
Figure FDA000030493023000221
求出功率
Figure FDA000030493023000222
若
Figure FDA000030493023000223
小于或等于移动终端f在Ad Hoc网络可用功率的最大值则
Figure FDA000030493023000225
不变，且
Figure FDA000030493023000226
就等于
Figure FDA000030493023000227
若
Figure FDA000030493023000228
大于移动终端f在Ad Hoc网络可用功率的最大值则令
Figure FDA000030493023000230
等于
Figure FDA000030493023000231
并带入香农速率公式 R ^ f hop 1 = B ′ log 2 ( 1 + Σ e = F + 1 M s f , e P f AdHoc | H f , e | 2 B ′ N 0 + I f ) , 求出
Figure FDA000030493023000233
(g)重复步骤(f)，直到求得的所有的功率值
Figure FDA000030493023000234
都不再变化，或者变化量小于Δ；其中Δ是一个很小的值，表示
Figure FDA000030493023000235
在前后两次迭代中的变化量；通过这些确定的
Figure FDA00003049302300031
带入香农速率公式
Figure FDA00003049302300032
最终确定所有移动终端组中继链路第一跳的速率
Figure FDA00003049302300033
步骤(3)基站给各移动终端分配子载波，具体方法如下：
(h)针对K个子载波中的某一个子载波k，假设子载波k分配给了需要传输业务的移动终端f的直连链路，通过公式 ΔR f = R f ′ direct - R f direct = Σ k = 1 K a f , k × B K log 2 ( 1 + P f , k | H f , BS k | 2 Γ N 0 B K ( Σ k = 1 K a f , k + 1 ) ) - Σ k = 1 K a f , k × B K log 2 ( 1 + P f , k | H f , BS k | 2 Γ N 0 B K Σ k = 1 K a f , k ) , 求出速率的增量ΔRf；其中，
Figure FDA000030493023000311
是移动终端f的直连链路的当前速率，
Figure FDA00003049302300035
是移动终端f获得当前子载波k后直连链路速率，af,k是子载波分配指示，当af,k=1时，表示子载波k分配给了移动终端f；当af,k=0时，表示子载波k没有分配给移动终端f，Pf,k是移动终端f在子载波k上的发射功率，
Figure FDA000030493023000312
是移动终端f到BS在子载波k上的信道功率增益；Γ为容量差距，可表示为Γ=-ln(5*BER)/1.6，其中BER是比特差错概率；
(i)同时，假设子载波k分配给了移动终端e；这里的移动终端e是需要传输业务的移动终端f的对应中继节点；通过公式 ΔR e = R e ′ hop 2 - R e hop 2 = Σ k = 1 K a e , k × B K log 2 ( 1 + P e , k | H e , BS k | 2 Γ N 0 B K ( Σ k = 1 K a e , k + 1 ) ) - Σ k = 1 K a e , k × B K log 2 ( 1 + P e , k | H e , BS k | 2 Γ N 0 B K Σ k = 1 K a e , k ) , 求出速率的增量ΔRe；其中
Figure FDA00003049302300037
是移动终端e到BS的当前速率，也就是中继链路第二跳的速率，是移动终端e获得当前子载波k后的速率，Pe,k是移动终端e在子载波k上的发射功率，
Figure FDA00003049302300039
是移动终端e到BS在子载波k上的信道功率增益；
(j)遍历所有需要传输业务且没有达到速率上限
Figure FDA000030493023000310
的移动终端f及其对应的中继节点，找到使得速率增量最大的移动终端，即f=argmax(ΔRf)或e=argmax(ΔRe)，把当前子载波分配给这个移动终端，即有af,k=1或者ae,k=1；
完成这次子载波k的分配后，再次计算移动终端f的总速率Rf；如果
Figure FDA00003049302300041
则这个移动终端f可以参与后续子载波的分配；如果
Figure FDA00003049302300042
则这个移动终端f不再参与后续子载波的分配；其中，
Figure FDA00003049302300043
表示移动终端f的总速率等于直连链路速率与中继链路速率之和，而中继链路速率又等于中继链路第一跳速率
Figure FDA00003049302300045
和中继链路第二跳速率中，最小的那个值
(k)一直循环执行步骤(h)、步骤(i)和步骤(j)，直到所有移动终端都达到目标速率上限或者子载波分配完了，结束子载波分配；
步骤(4)基于注水原理给各子载波分配功率，具体方法如下：
定义移动终端m在子载波k上的信道增益噪声比为
Figure FDA00003049302300049
从而移动终端m的最优功率分配可以表示为
Figure FDA000030493023000410
其中，
Figure FDA000030493023000411
且水平面λ的选择要保证
Figure FDA000030493023000412
其中
Figure FDA000030493023000413
表示移动终端m在OFDMA网络中可用功率的最大值。
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