多业务OFDMA系统子载波分配研究

王围

摘要：第四代移动通信研究的热门是资源调度。其中如何在多种业务共存的OFDMA系统中合理的分配资源成为了关键性问题。提出了当OFDMA系统中同时存在语音业务和数据业务时，合理的为它们分配资源的设计方案。即是要依据业务的特点区分业务的优先级。仿真结果表明：区分业务的优先级比不区分业务优先级的性能好，主要体现在实时性业务的掉线率上，它的掉线率很低，几乎为零。

关键词：OFDMA；子载波分配；多业务；语音业务；数据业务；掉线率

中图分类号：TB

文献标识码：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2016.25.095

1引言

在过去的几十年间，人们越来越多的关注于无线移动通信，使它们得到飞速的发展并且在人们的日常生活中得到了广泛的运用。为了满足人们对于多媒体业务传输通信的需求，第四代移动通信应运而生。OFDMA系统是由OFDM系统与其它多种接入方式相结合构成的。OFDMA是基于OFDM这一种多载波调制方式的多址接入方式的总称。OFDMA系统的用户多址接入是依靠它的各个子载波之间彼此正交的特性来实现的。它可以明显地改善系统吞吐量等性能。因为系统中的资源调度模块可以利用多用户分集与信道衰落特性以及依据信道增益自适应地进行资源分配。所以在它的支撑上进行的资源调度成为了第四代移动通信研究的热门。为了适应将来移动通信的发展，支持各种多媒体业务的服务质量要求，研究如何给不同的多媒体业务分配资源变得尤为重要。在OFDMA系统的资源分配中，如何给不同业务采取怎样的方式分配资源是一个复杂度极高的问题。

通过上述我们知道多业务共存的OFDMA系统中如何分配资源成为了研究的重中之重。在这个基础上本文主要讨论的是在OFDMA系统中同时存在实时性业务和非实时性业务的情况下，如何去分配系统的资源。实时性业务如语音业务，它对实时性要求高，误码率要求低，数据量的要求也低。因此根据这个特点，我们要优先为语音业务分配载波，保证它的传输。非实时性业务如数据业务，对实时性要求不高，可以延缓对它的传输。因此把它的优先级设置得比语音业务低。保证语音业务的传输，减少语音业务的掉线率。这样就保证了在通信中语音业务的通信质量，满足通信要求，具有现实意义。

2OFDMA系统的资源分配方案

本文主要有两种业务构成，对于实时业务是优先处理。而对于非实时业务采用余量自适应（MA）准则处理。容量自适应（RA）准则是非实时业务的自适应资源分配算法常常采用的准则，即在确保用户的误码率BER的要求下和系统总发射功率固定的限制下去追求最大化系统的容量。RA优化准则是容量最大化问题，它的优化目标是在总的发射功率一定的基础上，通过在多个子信道间合理地分配比特数和传输功率，使得整个信道上传输的速率最大化。

这个问题可以用数学表述为：

PT=minCk、nD∑Nn=1∑Kk=1fk（Ck，n，BERk）α2k，n（1）

约束条件1：Rk=∑Nn=1Ck，nk∈{1，…，K}（2）

约束条件2：ρk、n=0，Ck，n≠01，Ck，n=0k∈{1，…，K}n∈{1，…，N}（3）

约束条件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）函数的反函数且Q（x）=12π∫

SymboleB@ xe-t22dt。

式（1）中，PT是基站的总发射功率，N为子载波的个数，K是系统中的总用户数目。Rk为用户k的数据速率，它的单位是bits/OFDM符号。Ck，n为用户k在子载波上n分配的比特数。函数f（.）表示当信道增益为1时，在一定的BER误码率约束下，接收c个比特的数据所需要的接收功率，它和c与BER之间的关系可以用公式（2-1）确定；αk，n表示信道增益（幅度增益），这是第k个用户在第n个子载波上的信道状态信息。式（2）表示在进行无线资源分配时，系统必须要满足用户的速率要求。式（3）、（4）表示一个子载波只能分配给一个用户，这是因为只有满足这个条件，系统的吞吐量才可能被最大化。

3算法介绍

3.1算法设计思想

本文定义两种不同的业务，作为数据业务和语音业务，并且根据实际情况，要使数据业务的数目要大于语音业务。由于语音业务的处理要优先于数据业务，因此要定义语音业务的优先级比数据业务高。又由于它们的业务类型不同，特点和要求也不一样，因此要采用两种不同的算法分别给语音业务和数据业务分配子载波。语音业务是实时业务。因此要设计一个时延，对当前的语音业务进行检测，并且在时延中只处理一个语音业务，将N个子载波全部给它。语音业务处理完后再对数据业务分配载波。然后再与不区分用户优先级的算法进行对比。

3.2算法实现流程

步骤一：当系统接收到K1个语音用户和K2个数据业务时，先给用户设置优先级。语音用户的优先级设为1，数据用户的优先级设为2。

步骤二：检测当前的用户数目是否为零，如果为零，退出循环，所有的业务都处理完。如果不为零，则进入步骤三。

步骤三：先判断是否过了时延要求，时延定义为10秒，即是每过10秒检测一次。当没到时间时，不进行处理，到了规定的时间进入步骤四。

步骤四：检测优先级为1的用户是否处理完，如果没有处理完，找出哪个语音用户的信道容量较好，找出最好的用户将N个子载波都分给它，同时将该用户的优先级设为0，代表它已经被处理过了。然后进入步骤二。如果检测到优先级为1的用户都被处理完则进入步骤五。

步骤五：检测优先级为2的用户是否处理完，如果没有处理完，给优先级为2的用户分配子载波，同时将它们的优先级设为0，代表已经被处理过了。然后进入步骤二，如果处理完，直接进入步骤二。

4仿真结果及分析

如图1和图2所示，我们可以明显的看出：语音用户和数据用户分别分配载波，并且每一次只给一个语音用户分配子载波，而数据用户是所有的用户在同一时刻争用所有载波。

如图3所示，我们由points priority可以得出每一个时间段只给一个语音用户分配载波，这符合研究的期望。所以它只有一个语音用户的掉线率低，基本上为零。而其它两个的用户掉线率较高，掉线率几乎为1。regardless of the priority是不分用户优先级时，语音用户的掉线率，它所有语音业务的掉线率都比较高，用户1的掉线率是0.86，用户2是0.56，用户3是087。在前30秒内，三个语音用户处理完，其它两个语音用户掉线率与图3类似，因此可以得到总的语言用户的掉线率如图4所示。因此区分用户优先级后，语音用户的掉线率很低，实现了设计方案的目标。

5结束语

总而言之，本文主要研究了在OFDMA系统中存在不同种的业务如何去子载波分配的问题，对于实时性业务优先处理。而对于非实时性业务采用RA准则对其进行处理，使得它的吞吐量最大。通过仿真表明区分用户优先级后实时性业务的掉线较低。

参考文献

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