CN1890906A - 多重使用者正交分频多任务***的实时服务的次载波及位分配 - Google Patents
多重使用者正交分频多任务***的实时服务的次载波及位分配 Download PDFInfo
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Abstract
本发明方法提供于多重使用者正交分频多任务(OFDM)***的实时服务中次载波、位、及服务品质(QoS)对应功率的有效资源分配。本发明是采用一种替代手段,进而有效利用次载波的实时频道增益及位分配。
Description
(1)技术领域
本发明是有关于利用正交分频多任务的无线通信***,其中,次载波及位分配需要一最佳解决方案。
(2)背景技术
为了提供宽频服务给消费者,无线通信网路(诸如:无线网际网络存取及实时视讯)之重要性逐渐提高。这种宽频服务必须能够在不利条件中,诸如:敌意行动环境、有限可用频谱、及多重路径衰减造成之相互符号干扰(ISI),依旧提供可靠且高资料速率之通信。
正交分频多任务(OFDM)是解决这种相互符号干扰(ISI)问题的最可行方法之一。另外,正交分频多任务(OFDM)是获选为欧洲数字语音及视讯广播、及无线局域网络(WLAN)标准之优先采用技术。
对于单一使用者正交分频多任务(OFDM)***而言,一种广泛称为″填水(water-filling)″算法技术可以用来找出最小整体传输功率之次载波及位分配方法。这种填水(water-filling)算法之分配最佳化可以基于单一使用者需求,而不需考量单一使用者对于所有使用者之资源分配之影响。有鉴于此,对于多重使用者正交分频多任务(OFDM)***而言,基于单一使用者需求所决定之次载波及位分配将可能会造成其它使用者之相互干扰。
对于多重使用者正交分频多任务(OFDM)***而言,次载波及位分配之难度远高于单一使用者正交分频多任务(OFDM)***,其部分理由可能是:单一使用者之最佳次载波(举例来说,在频道增益方面)亦可能是其它使用者之最佳次载波。然而,由于相同次载波使用者间之相互干扰可能会降低处理能力,数个使用者应当无法同时采用同一次载波。因此,多重使用者正交分频多任务(OFDM)***之次载波及位分配系远较单一使用者正交分频多任务(OFDM)复杂。有鉴于此,多重使用者正交分频多任务(OFDM)***并不适合采用填水(water-filling)算法,若单独采用的话。
最近,多重使用者正交分频多任务(OFDM)***之次载波及位分配算法包含几项研究。这些算法通常可分为两大类:(1)静态次载波分配;以及(2)动态次载波分配。两种典型之静态次载波分配算法系包括正交分频多任务分时多重存取(OFDM-TDMA)及正交分频多任务分频多重存取(OFDM-FDMA)。在正交分频多任务分时多重存取(OFDM-TDMA)中,各个使用者指派单一或复数预定时槽、并可以采用指派时槽之所有次载波。在正交分频多任务分频多重存取(OFDM-FDMA)中,各个使用者指派单一或复数次载波。在这些静态次载波分配算法中,次载波分配预定、且不需要知道实时频道增益。
动态次载波分配算法是考量次载波及位分配之实时频道增益。这些动态次载波分配算法的复杂度通常极高。一种典型之次载波及位分配算法是将次载波及位分配问题仿真成具有整数变量的一非线性最佳化问题。这个非线性最佳化问题的求解极为困难、且无法得到一最佳解答。
(3)发明内容
本发明是一种次载波、位及对应功率的资源分配方法,用于多重使用者正交分频多任务(OFDM)***的实时服务,若给定服务品质(QoS)需求的话。在多重使用者正交分频多任务(OFDM)***的实时服务中,次载波及位分配方法的目标是找出最低整体传输功率的最佳分配方法,若给定服务品质(QoS)及传输位需求的话。本发明是提出一种多重使用者正交分频多任务(OFDM)***的动态次载波及位分配方法。这种方法利用替代手段,进而善用次载波及位分配之实时频道增益。单一使用者填水(water-filling)算法可以独立找出各个使用者的理想次载波,但,单一使用者填水(water-filling)算法仅可以做为部分步骤。在多重使用者正交分频多任务(OFDM)***的例子中,本发明是提出一种方法,藉以决定各个使用者之最适当次载波。若仅有一个使用者竞争某一次载波,则本发明并不需要重新指派这个次载波,藉以解决冲突次载波之问题。若不止一个使用者竞争某一次载波,则本发明将会需要递归搜寻次载波-使用者的重新指派,藉以解决冲突次载波的问题、并得到理想服务品质(QoS)的最低传输功率。
(4)附图说明
为便于充分理解,本发明可以根据较佳实施例的具体描述、并配合所附图式详细说明如下,其中:
图1是表示一种具有次载波及位分配的多重使用者正交分频多任务(OFDM)***的方块图。
图2是表示根据本发明第一特征的一种单一使用者正交分频多任务(OFDM)***的次载波及位分配流程图。
图3是表示根据本发明另一特征的一种多重使用者正交分频多任务(OFDM)***的次载波及位分配流程图。
(5)具体实施方式
虽然本发明的特征及组件是以特定组合方式详细说明于各个较佳实施例中。然而,各个特征及组件亦可以单独使用(不具有较佳实施例的其它特征及组件)或可以任意组合(具有或不具有较佳实施例之其它特征或组件)。
在本发明说明书中,用语″无线传输/接收单元(WTRU)″是包括、但不限于使用者设备(UE)、行动站台、固定或行动用户单元、传呼器、或能够操作于无线环境之其它类型装置。举例来说,无线环境包括、但不限于无线局域网络(WLAN)及公用地表行动网络。用语″基地台(BS)″包括、但不限于B节点、位置控制器、存取点(AP)、或无线环境之其它界面装置。
本发明的***及方法系提出一种次载波及位分配方法,藉以利用次载波及位分配之实时频道增益。在不止一个使用者竞争某一次载波之情况下,这个次载波系指派至某一适当使用者,藉以得到最低整体传输功率。
请参考图1,其是表示具有根据本发明次载波及组件分配之一种多重使用者正交分频多任务(OFDM)***10。通常,这种多重使用者正交分频多任务(OFDM)***10包括:一传输模块11(大部分会内建于基地台(BS)、但亦可能会内建于无线传输/接收单元(WTRU))、及一接收模块12(大部分会内建于无线传输/接收单元(WTRU)、但亦可能会内建于基地台(BS))。这个传输模块11包括一调变映像(MM)模块13、一反向快速傅立叶转换(IFFT)模块14、及一看守期间***模块15。这个调变映像(MM)模块13、这个反向快速傅立叶转换(IFFT)模块14、及这个看守期间***模块15是辅助信号的传输。
这个调变映像(MM)模块13决定次载波至使用者的指派、及各个次载波的传输位数目。基于某一次载波的传输位数目,这个调变映像(MM)模块13更可以应用对应调变方法、并决定这个次载波之适当传输位率位准。
这个反向快速傅立叶转换(IFFT)模块14是利用反向快速傅立叶转换(IFFT),藉以将这个调变映像(MM)模块13之输出复数符号转换为时间域取样。这个看守期间***模块15在各个正交分频多任务(OFDM)时间域符号之末端***一看守期间,藉以在经由第一射频(RF)模块及天线16传输前减轻交互符号干扰之程度。
这个接收模块12包括:一第二射频(RF)模块及天线17、一看守期间移除模块21、一快速傅立叶转换(FFT)模块22、及一解调变模块23。这个看守期间移除模块21是移除这个看守期间。随后,这个快速傅立叶转换(FFT)模块22将时间域取样转换为调变符号。最后,这个解调变模块23应用对应解调变方法,藉以恢复使用者资料。虽然这个传输模块11及这个接收模块12间存在一对应关系,但是其功能却必然不相同。
根据本发明的假设,这个多重使用者正交分频多任务(OFDM)***10具有N个实时使用者及K个次载波。对于各个使用者n而言,欲传输资料具有Rn个位。另外,根据本发明的假设,各个次载波之频宽远小于这个频道之连续频宽。这个传输器提供各个次载波之所有使用者的实时频道增益,藉此,这个传输器可以决定次载波至使用者之指派及各个次载波的可传输位数目。
通常,这个多重使用者正交分频多任务(OFDM)***10可以使用数种调变方法,诸如:二元相移键控(BPSK)、四元相移键控(QPSK)、四元振幅调变(QAM)等等。为方便说明起见,这个多重使用者正交分频多任务(OFDM)***10使用M次四元振幅调变(QAM)。若fn(r)表示在某一次载波上,传输第n个使用者的r个位之需要接收功率。给定第n个使用者之需要位误差率(BER)为BERn、且噪声功率为N0,则每个符号传输r个位之需要功率可以表示为:
fn(r)=(N0/3)*[Q-1(BERn/4)]2*(2r-1) 等式(1)
若rk(n)表示指派至第k个次载波之第n个使用者之位数目,且Gk,n表示第n个使用者与第k个次载波之基地台(BS)间之频道增益。为了维护需要服务品质(QoS),分配至第k个次载波之第n个使用者之传输功率Pk(n)可以表示为:
Pk(n)=fn(rk(n))/G2 k,n 等式(2)
所有次载波之所有使用者之整体传输功率Ptotal可以表示为:
Ptotal=∑k=1 K∑n=1 NPk(n)=∑k=1 K∑n=1 N[fn(rk(n))/G2 k,n]
等式(3)
由于考量服务实时服务,每个符号之需要传输位数目是固定的(亦即:资料并不会缓冲以提供后续传输)。这表示:
∑k=1 Krk(n)=Rn 等式(4)
在多重使用者正交分频多任务(OFDM)***之实时服务中,次载波及位分配方法之目标是找出需要最低整体传输功率最佳分配方法,给定需要服务品质(QoS)及传输位的话。
本发明是一种次载波及位分配方法,适用于多重使用者正交分频多任务(OFDM)通信***。单一使用者n之次载波及位分配方法40(亦即:这个使用者n可以使用所有次载波)根据下列步骤,如图2所示之流程图。基本上,图2之单一使用者填水(water-filling)算法可以独立决定各个使用者之次载波接受或拒绝。首先,对于各个次载波k而言,单一使用者填水(water-filling)算法初始化,其中,第k个次载波之第n个使用者之位数字及第k个次载波之第n个使用者之传输功率设定为零。也就是说,rk(n)=0且Pk(n)=0(步骤42)。
这种方法40由这笔资料的第1个位开始,位索引j=1(步骤43)。对于各个次载波k而言,首先,传输功率增加,若第j个位是指派至这个次载波的传输,是予以计算(步骤44)。接着,第k个次载波的分配传输功率Pk之一改变决定予以计算如下(步骤47):
ΔPk(n)=[fn(rk(n)+1)-fn(rk(n))]/G2 k,n 等式(5)
藉以使:
ΔPk(n)=[fn(1)-fn(0)]/G2 k,n 等式(6)
随后,这笔资料之第j个位系指派至具有最低ΔPk(n)之次载波。(步骤48)
第k个次载波之第n个使用者之传输功率增加予以更新如下(步骤49):
ΔPk(n)=[fn(rk(n)+1)-fn(rk(n))]/G2 k,n 等式(7)
随后,第k个次载波之第n个使用者之位数目予以更新如下(步骤51):
rk(n)=rk(n)+1 等式(8)
并且,这笔资料之位索引系予以递增如下(步骤52):
j=j+1 等式(9)
随后,决定这笔资料之最后一个位是否分配(步骤54),基本上,是否j=Rn。在单一使用者之例子中,步骤54可以是这种单一使用者填水(water-filling)算法之最后一个步骤。然而,为了分配所有位,步骤44至54重复实施,藉以得到具有最低传输功率(基于功率计算)之使用者之最佳分配方法。
请参考图3,其表示根据本发明之一种多重使用者正交分频多任务(OFDM)***之资源分配方法60。如先前所述,图2之单一使用者填水(water-filling)算法40系可以独立决定各个使用者之理想次载波(步骤62)。这个步骤系可以分配次载波及位,诚如所有次载波均可以提供相同使用者专门使用一般。利用这种方法,对于各个使用者而言,各个次载波之理想次载波表列及分配位数目便可以得到。在各个次载波上,各个使用者之传输功率可以予以计算,如这个次载波仅能够提供这个使用者使用一般。
接着,决定是否存在任何冲突次载波(步骤63)。若没有任何冲突次载波,则这种资源分配方法60系终结(步骤64),因为这个多重使用者正交分频多任务(OFDM)***之最佳分配方法已经找到。然而,若某一次载波存在于数个使用者之理想次载波表列,则这个次载波称为冲突次载波,因为一个次载波在单一指定时间仅能够指派给一个使用者。
若步骤63发现冲突次载波,则这些冲突次载波系予以排列(步骤71)。若某一冲突次载波k系存在M个使用者(n1、n2、...、nM)之理想次载波表列,则这个冲突次载波k之整体传输功率Pk定义为各个冲突使用者于这个冲突次载波k之传输功率总和:
Pk=∑j=1 KPk(nj) 等式(10)
在这个较佳实施例中,冲突次载波系予以排列,藉以降低这个次载波之整体传输功率。排列这些冲突次载波之其它选择系包括:
A.根据次载波之频道增益统计减少排列。冲突次载波之频道增益统计可以包括下列各种度量:
I.使用者n1、n2、...、nM于这个冲突次载波之频道增益总和:
Gk_total=∑j=1 MGk,nj 等式(11)
II.使用者n1、n2、...、nM于这个冲突次载波之频道增益平均:
G’k=(1/M)∑j=1 MGk,nj 等式(12)
III.使用者n1、n2、...、nM于这个冲突次载波之最佳频道增益:
Gk_best=max{Gk,n1、Gk,n2、...、Gk,nM} 等式(13)
B.根据次载波之整***数目减少排列。
rtotal=∑j=1 Mrk(nj) 等式(14)
有鉴于此,这些冲突次载波可以根据一预定参数排列,诸如:整体传输功率、频道增益统计、整***数目、或噪声,虽然其它参数亦可以采用。
在根据特定方式重新排列这些冲突次载波(步骤71)以后,第一冲突次载波予以选择(步骤72)。显然地,这个次载波仲裁至某一使用者(举例来说,使用者nj)。在整个次载波及位分配程序期间,各个使用者维护一拒绝次载波表列。某一使用者之拒绝次载波表列包括未仲裁,在先前步骤中,至这个使用者之冲突次载波。对于理想次载波表列具有这个次载波之各个使用者nj而言,目前分配于这个次载波之位是利用图2之单一使用者填水(water-filling)算法40,重新指派至其它次载波,如这个冲突次载波是仲裁至这个使用者nj一般(步骤73)。
步骤73之重新指派步骤系可以得到向量解答{rk(nh)}K k=1,其所有其它使用者在次载波1仲裁至使用者nj时之最佳重新分配方法。在步骤75中,这种单一使用者填水(water-filling)算法40是计算重新指派位之需要传输功率、并将其表示为Preassign(rh(nh)),其大于使用者nh目前分配于这个冲突次载波1之位传输功率。使用者nh目前分配于这个冲突次载波1之位传输功率表示为P1(nh)。随后,使用者nh之位重新指派之传输功率增加ΔPnh可以表示为:
ΔPnh=Preassign(rh(nh))-P1(nh) 等式(15)
当这个冲突次载波仲裁至这个使用者nj时,整体功率增加ΔPtotal(nj)可以表示为:
ΔPtotal(nj)=∑M h=1,h≠jΔPnh 等式(16)
这个数值可以认定为基于冲突次载波仲裁至使用者nj(步骤75)所生之整体传输功率增加。在理想次载波表列具有这个冲突次载波之各个使用者均重复实施步骤73及75后,步骤75计算之传输功率增加予以比较。随后,这个冲突次载波仲裁至具有最小整体传输功率增加之使用者。
应该注意的是,当步骤76重新分配次载波、且图2单一使用者填水(water-filling)算法40重新分配其余冲突次载波(步骤76)时,新的冲突次载波亦可能会产生。这些新的冲突次载波,若存在的话,可以根据选择参数加入冲突次载波表列(步骤78),诸如:冲突次载波之整体传输功率波少。随后,各个使用者之拒绝次载波表列予以更新(步骤78)。接着,这种资源分配方法60回到步骤63,藉以解决其它冲突次载波,若存在的话。这种递归步骤会持续实施,直到冲突次载波表列净空为止。
另外,这种资源分配方法60可以基于重大使用者状态改变、信号状态改变、预定时间间隔之频道条件改变(举例来说,各个帧或每隔数个帧)、或其它简便参照改变予以激活。
Claims (18)
1.一种于多重使用者正交分频多任务载波指派的次载波指派方法,该方法包括下列步骤:
(A)决定各使用者的一理想次载波表列;
(B)识别冲突次载波,若无冲突次载波,则直接跳至步骤(F);
(C)基于以一预定顺序的一特定条件列举该等冲突次载波、并选择第一冲突次载波;
(D)仲裁该第一冲突次载波至产生最低总体传输功率增加的使用者;
(E)重新指派在理想次载波表列中具有冲突次载波的其它使用者至其它次载波、并回到步骤(B);以及
(F)接收各使用者的理想次载波决定。
2.如权利要求1所述的方法,其中步骤(A)是利用一填水算法实施。
3.如权利要求2所述的方法,其中该填水算法是使传输功率最小化。
4.如权利要求1所述的方法,其中步骤(E)是利用一填水算法实施。
5.如权利要求1所述的方法,其中步骤(C)包括下列步骤:
根据该等次载波的预测传输功率来排列该等次载波。
6.如权利要求1所述的方法,其中步骤(C)包括下列步骤:
根据该等次载波之减少的整体传输功率来排列该等次载波。
7.如权利要求1所述的方法,其中步骤(C)包括下列步骤:
根据减少频道增益统计来排列该等次载波。
8.如权利要求1所述的方法,其中步骤(C)包括下列步骤:
根据减少的位数目来排列该等次载波。
9.如权利要求1所述的方法,其特征在于,还包括下列步骤:
利用于一正交分频多任务-分时双工通信***的指派时槽。
10.如权利要求1所述的方法,其特征在于,还包括下列步骤:
利用于一正交分频多任务-分频双工通信***的指派频率。
11.如权利要求1所述的方法,其中步骤(E)还包括下列步骤:
维护一拒绝次载波表列、并避免随后指派使用者至该等拒绝次载波。
12.一种用以指派于一多重使用者正交分频多任务(OFDM)载波指派中传输的次载波的方法,该方法包括下列步骤:
决定各使用者的理想次载波;
决定是否存在冲突次载波,若无冲突次载波,则直接跳至接受步骤;
根据减少的次载波整体传输功率的一顺序来排列该等次载波;
计算各选择使用者的整体传输功率增加,使该冲突次载波指派至该选择使用者,且,重新指派利用该冲突次载波的所有其它使用者至其它次载波;
仲裁该冲突次载波至产生最低总体传输功率增加的指派使用者;
利用一填水算法重新指派其它使用者至次载波及更新一冲突次载波表列、并回到该排列步骤;以及
接收各使用者的理想次载波决定。
13.如权利要求12所述的方法,其中决定各使用者的理想次载波的该步骤包括利用一填水算法决定该等理想次载波。
14.如权利要求12所述的方法,其特征在于,还包括利用于一正交分频多任务-分时双工通信***的指派时槽。
15.如权利要求12所述的方法,其特征在于,还包括利用于一正交分频多任务-分频双工通信***的指派频率。
16.一种无线通信装置,用以实施一多重使用者正交分频多任务载波指派之次载波指派,该无线通信装置包括:
(A)一用以决定各使用者的一理想次载波表列的电路;
(B)一用以决定是否存在冲突次载波的电路,若没有冲突次载波,则接受各使用者的理想次载波决定,反之,若存在冲突次载波,则基于一特定条件来排列该等次载波;
(C)一指派电路,藉由选择一使用者以指派至一特定冲突次载波、并重新指派理想次载波表列中具有特定冲突次载波的其它使用者,以及,针对各使用者重复此步骤、并计算该特定条件的增加;
(D)一仲裁电路,用以仲裁该冲突次载波至产生于该特定条件的最低增加的使用者;以及
(E)一数据库维护电路,用以重新指派其它使用者至次载波、并更新一冲突次载波表列。
17.如权利要求16所述的无线通信***,其中决定各使用者的一理想次载波表列的该电路是利用一填水算法决定该等理想次载波。
18.如权利要求17所述的无线通信***,其中,决定各使用者的一理想次载波表列的该电路是利用该填水算法提供一位分配方法以最小化传输功率。
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