OFDM系统中多业务间子载波借调自适应资源分配方法

第２８卷第８期　电子与信息学报　Ｖｂ１．２８Ｎｏ．８　２００６年８月　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ＆Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ａｕｇ．２００６　ＯＦＤＭ系统中多业务间子载波借调自适应资源分配方法　郭凯　孙群龙　卫国　朱近康　（中国科学技术大学电子工程与信息科学系个人通信与扩频实验室合肥２３００２７１　摘要该文研究了衰落信道条件下的无线资源分配问题。提出了一种适用于多用户０ＦＤＭ系统ｒｒｌ的多业务问子载　波借调的自适应资源分配机制。该机制能够联合考虑信道衰落情况和业务的服务质量要求，在不同的业务Ｉ＇Ｄｑ调整　和借用子载波分配来最大化系统的容量和性能。仿真结果表明，该文提出的分配机制能改善ＯＦＤＭ系统的性能。　关键词ＯＦＤＭ，子载波分配，子载波借调，自适应　中图分类号：ＴＮ９２９．５　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９．５８９６（２００６）０８．１３４５—０５　Ａｄａｐｔｉｖｅ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅ　Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ　Ｓｃｈｅｍｅ　ｏｆ　Ｍｕｌｔｉ．ｓｅｒｖｉｃｅ　Ｓｕｂｃａｒｒｉｅｒ　Ａｄｊ　ｕｓｔｉｎｇ　ａｎｄ　Ｂｏｒｒｏｗｉｎｇ　ｆｏｒ　ＯＦＤＭ—Ｂａｓｅｄ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　Ｇｕｏ　Ｋａｉ　Ｓｕｎ　Ｑｕｎ－ｌｏｎｇ　Ｗｅｉ　Ｇｕｏ　Ｚｈｕ　Ｊｉｎ．ｋａｎｇ　（Ｄｅｐｔ．ｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ．Ｅｎｇ．ａｎｄＩｎｆｏ．Ｓｃｉ．，Ｕｎｉｖ．ｏｆＳｃｉ．ａｎｄ　Ｔｅｃｈ．ｏｆＣｈｉｎａ，Ｈｅｆｅｉ　２３００２７，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ａｎ　ａｄａｐｔｉｖｅ　ｒｅｓｏｕｒｃｅ　ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ　ｓｃｈｅｍｅ　ｏｆ　ｍｕｌｔｉ—ｓｅｒｖｉｃｅ　ｓｕｂｃａｒｒｉｅｒ　ａｄｊｕｓｔｉｎｇ　ａｎｄ　ｂｏｒｒｏｗｉｎｇ　ｆｏｒ　ｍｕｌｔｉ—ｕｓｅｒ　ＯＦＤＭ—ｂａｓｅｄ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｃｈａｎｎｅｌ　ｆａｄｉｎｇ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｓｅｒｖｉｃｅ　ｏｆ　ｕｓｅｒｓ，ｔｈｅ　ｓｃｈｅｍｅ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｍａｘｉｍｉｚｅ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ａｎｄ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｂｙ　ａｄｊｕｓｔｉｎｇ　ａｎｄ　ｂｏｒｒｏｗｉｎｇ　ｓｕｂｃａｒｒｉｅｒ　ａｍｏｎｇ　ｍｕｌｔｉ—ｓｅｒｖｉｃｅ．Ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｃｈｅｍｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｃａｎ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ＯＦＤＭ—ｂａｓｅｄ　ｓｙｓｔｅｍｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　ＯＦＤＭ，Ｓｕｂｃａｒｒｉｅｒ　ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ，Ｓｕｂｃａｒｒｉｅｒ　ａｄｊｕｓｔｉｎｇ　ａｎｄ　ｂｏｒｒｏｗｉｎｇ，Ａｄａｐｔｉｖｅ　１　引言　户；在ＯＦＤＭ—ＣＤＭＡ巾，每个用户被分配一个正交码。文献　在被称为信息时代的今天，人们对无线个人通信　【２］提出了多用户ＯＦＤＭ环境下自适应子载波、比特和功率分　（ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｐｅｒｓｏｎａｌ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）的要求与日俱增，从而使　配算法，通过自适应地根据用户要求的比特数分配子载波和　得无线通信成为全球通信行业的主要发展焦点之一。此外，　每个子载波上的功率值来最小化系统总的传输功率。文献【３］　由于互联网的盛行促进了无线用户对高速数据传输的需求。　研究了速率需求和幅度需求两种贪婪算法应用于ＯＦＤＭ系统　未来移动通信的业务将呈现多样化、多速率和高突发性的趋　最优子载波和功率分配策略。文献【４　哿０ＦＤＭ与使用机会波　势，要求系统有较高的用户容量和业务吞吐量。为了满足这　束成型的天线相结合来利用系统的多用户分集增益。文献【５］　样的业务需求，提高无线网络的业务承载能力，从目前无线　研究了ＯＦＤＭ与空分多址（ＳＤＭＡ）；￣Ｎ结合的空时频资源分配　网络的研究现状来看，其可能的方式主要可分为两类：一种　策略，小区ｒｒｌ不同位置的用户在信噪比允许的情况下可以使　是空中接口物理层无线链路性能的改善；另一种是把无线网　用同一子载波，提高了系统的频谱利用率。文献【６］研究和分　络看作一个整体，应用现代的无线资源管理技术，使用简单　析了ＯＦＤＭ系统叶１针对下行多媒体业务的动态资源分配方　的收发信机，以优化分配有限的无线资源来提高网络的整体　法。　容量。作为Ｂｅｙｏｎｄ　３Ｇ系统巾主要候选技术之一的正交多路　在无线衰落信道下，由于信道的时变特性，不同位置用　频分复用ｆＯＦＤＭ）技术由于使用多个正交的子载波，能够有　户需求的子载波经历的衰落也不相同。本文研究了根据不同　效地克服多径衰落的影响和灵活地进行子载波资源的分配，　的衰落幅度分配满足用户需求的子载波并根据用户问不同　使得这些问题的解决成为可能，本文主要研究通过无线资源　业务服务质量（ＱｏＳ）调整借用子载波避免用户问’巾突的算法　管理技术提高系统的性能。　来增加系统用户容量和提高系统性能。仿真分析的结果表明　文献【１］中分析比较了下行链路中３种０ＦＤＭ多址技术的　本文建议的算法能改善系统的性能。　性能、灵活性和计算复杂度。在ＯＦＤＭ．ＦＤＭＡ中，用户被分　２　系统模型和算法描述　配不固定的一组子载波子集，每帧中进行调整；在　２．１系统模型　ＯＦＤＭ．ＴＤＭＡ巾，每个时隙巾所有的子载波被分配给一个用　在水文的多用户ＯＦＤＭ系统中，对处于不同位置的用户　２００４．１２．２７收到．２００５．０９．０８改回　和　，信道的衰落是独立的，即使某一子载波对于　用户　国家８６３计划（２００３ＡＡ１２３３１００３），国家自然科学基金和深圳华为公　是遭受深度衰落不可用的，但其对于　来说仍很可能是可用　司基金资助课题　维普资讯 http://www.cqvip.com

ｌ３４６　电子与信息学报　第２８卷　的。事实上，在用户数较多时，几乎没有子载波对于每个用　户来说都是深衰落而不可用的。鉴于此，本文的动态分配算　法让所有的用户使用所有的时隙，基站根据瞬时的信道信息　动态地分配子载波给用户。这样系统的整体性能也就很大程　度上取决于子载波分配算法的好坏。　多业务间子载波借调资源分配方法框图见图ｌ。假设系　统内有Ⅳ个子载波，可以容纳３类不同业务的Ｍ个用户，　基站可以得知所有用户在所有子载波上的瞬时信道衰落状　况。在基站内，Ｍ个用户的数据被送到子载波分配模块内，　根据子载波借调资源分配算法为不同业务的用户分配子载　波。假设第ｍ个用户的数据速率为Ｒ　ｂｉｔ／ＯＦＤＭ符号。定义　ｃ　为第ｍ个用户在第ｎ个子载波上传输的比特数，由于每　个子载波最多只能有一个用户占用，所以如果子载波上有数　据比特传输，即ｃ　≠０，则对于所有的ｍ　≠ｍ有ｃ　，＝０。　．　接收端在第ｎ个子载波上的信号可以表示为　Ｙｎ＝　ｐｎＨ　ｎ＋　其巾Ｐ　为第ｎ个子载波上的发射功率，　为第ｎ个子载波　上的乘性衰落因子，Ｑ是均值为０，方差为　的加性白高　斯噪声，　为单位平均功率的调制后的符号。对于木文考虑　的系统，用户ｍ在子载波ｎ上的ＳＮＲ为　ＳＮＲ，　＝Ｐ　ｌＨ　ｌ‘／ｏｒ　（２）　图１　多　ｋ务问子载波借调资源分配方法框图　Ｆｉｇ．１　Ｒｅｓｏｕｒｃｅ　ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ　ｏｆｍｕｌｔｉ－ｓｅｒｖｉｃｅ　２．２算法描述　为了分析和比较，本节给出了３种不同分配算法的描述。　为了描述问题方便，假定系统共有８个可用子载波，有按优　先级排列的３个用户，分别请求分配２，３，３个可用的子载　波。　２，２，ｌ固定分配算法（算法１）在多用户ＯＦＤＭ系统巾，传统　的固定分配算法主要有两种：一种是将固定时隙内所有子载　波分配给某一用户，另一种是在用户在每一时隙分得固定的　子载波。对于前者，在用户数较大时，将等待多个时隙才轮　到一次，且若该时隙没有数据要传送，别的用户也不能对其　子载波进行使用，将造成资源的浪费；对于后者，由于信道　是时变的，固定分配的子载波可能由于深衰落，对于用户来　说已经不再可用。另外，在用户数增多时，用户可以分得的　子载波数很少，很多用户甚至根本分不到子载波，这时已不　能满足用户业务的速率要求了。对于后一种固定分配算法，　如图２，假设按优先级排列有如下３个用户，基站预先设定　分别给每个用户分配ｌ，２号子载波，３，　，５号子载波，６，　７，８号子载波。各用户对应的可用子载波根据增益由大到小　排列　由于ｕｓｅｒ２和ｕｓｅｒ３可用的子载波不满足基站预先设定　的分配，所以对这两个用户的分配失败。　Ｓｕｂｃａｒｒｉｅｒ　ｌ　２　３　４　５　６　７　８　ｕｓｅｒｌ　ｌ　２　３　４　５　６　７　ｕｓｅｒ２　ｌ　７　５　６　３　ｕｓｅｒ３　２　４　８　ｌ　Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔ　ｕｓｅｒＩ　①②３　４　５　６　７　Ｓｕｃｃｅｓｓ　ｕｓｅｒ２　Ｉ　７　５　６　３　Ｆａｉｌｕｒｅ　ｕｓｅｒ３　２　４　８　Ｉ　Ｆａｉｌｕｒｅ　Ｎｏｔｅ：Ｔｈｅ　ｓｕｂｃａｒｒｉｅｒｓ　ｗｉｔｈ　ａ　ｃｉｒｃｌｅ　ａｒｏｕｎｄ　ａｒｅ　ａｌｌｏｃａｔｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｕｓｅｒ　ａｔ　ｔｈｅ　ｅｎｄ　图２固定分配算法示意图　Ｆｉｇ．２　Ｆｉｘｅｄ　ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　２．２、２按请求的最佳子载波分配的动态算法（算法２）如前所　述，基站处有每一用户当前可用子载波增益的排序列表，考　虑到瞬时的信道条件，各用户请求的最佳子载波即为对应列　表最前面的子载波。这正是本算法的出发点。因此，对用户　ｍ来说，选择使得其有最大ＳＮＲ的子载波的参数　可以　表示为　Ｃｍ　ａｒｇ　ｒｎ，￣（ｐ　／　）　（３）　其巾　为可用子载波的索引集合。　下面举一个简单的例子对此分配算法加以具体示意。如　图３，各用户对应的可用子载波根据增益由大到小排列。由　图３可以看到，ｕｓｅｒｌ，ｕｓｅｒ２，ｕｓｅｒ３分别有７个，５个，４个　可用的子载波，请求的最佳子载波分配号分别为（１，２），（１，　７，５），　（２，４，８），用户ｌ优先级最高，分得ｌ，２号子载　波，用户２和３请求的最佳子载波分别有ｌ和２子载波与用　户ｌ冲突，故分配失败（要求分到全部请求的子载波才算分配　成功）。由上例可见，这种分配算法虽然根据信道状况在每个　时隙动态更新，但只限制于最优的子载波，没有充分利用所　有可用的子载波，动态范围有限。　Ｓｕｂｃａｒｒｉｅｒ　１　２　３　４　５　６　７　８　ｕｓｅｒｌ　１　２　３　４　５　６　７　ｕｓｅｒ２　ｌ　７　５　６　３　ｕｓｅｒ３　２　４　８　ｌ　ＡＩｌｏｃａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔ　ｕｓｅｒｌ　①②３　４　５　６　７　Ｓｕｃｃｅｓｓ　ｕｓｅｒ２　Ｉ　７　５　６　３　Ｆａｉｌｕｒｅ　ｕｓｅｒ３　２　４　８　Ｉ　Ｆａｉｌｕｒｅ　Ｎｏｔｅ：Ｔｈｅ　ｓｕｂｃａｒｒｉｅｒｓ　ｗｉｔｈ　ａ　ｃｉｒｃｌｅ　ａｒｏｕｎｄ　ａｒｅ　ａｌｌｏｃａｔｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｕｓｅｒ　ａｔ　ｔｈｅ　ｅｎｄ　图３按请求的最佳子载波分配的动念算法示意图　Ｆｉｇ．３　Ｄｙｎａｍｉｃ　ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ｏｐｔｉｍａｌ　ｓｕｂｃａｒｒｉｅｒ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　２．２ｌ３带子载波借调的动态分配算法（算法３）　由于优先级较　维普资讯 http://www.cqvip.com

第８期　郭　凯等：ＯＦＤＭ系统中多业务问子载波借调白适应资源分配方法　１３４７　高的用户（Ｏｎ话音用户１往往有较多的可用子载波，若在优先　级较低的用户在自身范围内调整后仍然分配不成功时，考虑　从优先级较高的用户借用与其相冲突的子载波，让优先级较　高的用户使用其他不冲突的空闲子载波（由于其可用子载波　较多，一般存在这样的空闲子载波１，这样将可更大程度地利　用所有可用子载波，从整体上提高系统性能。当然，为了保　证优先级高的用户业务不被中断，在子载波借用时，也只是　当其还存在不冲突的备用子载波时，才答应将冲突的子载波　借出，否则并不借出子载波，让优先级低的用户考虑从其他　优先级高的用户借用子载波，若其他高优先级用户均没有子　载波可供借出，低优先级的用户只好宣布分配失败，等待下　一时隙再竞争。即每个用户首先根据式（３）来选择子载波，当　优先级低的用户选择的子载波，２　与高优先级用户相同时，高　优先级用户在　巾重新选择其它的不冲突的子载波，这个过　程一直持续到在满足预先设定的业务ＱｏＳ条件下用户问的　子载波无冲突发生为止。此分配算法如图４。由图４可以看　出，先在自身可用范围内调整后，ｕｓｅｒ１分得子载波１，２，　ｕｓｅｒ２分得子载波７，５，６，ｕｓｅｒ３由于其可用子载波２和１　均己被ｕｓｅｒ１分得而与之冲突，在自身范围内调整最多只能　分得４和８两个子载波而达不到请求的３个子载波要求，于　是考虑借用ｕｓｅｒｌ的子载波，２号子载波首先冲突，先考虑从　ｕｓｅｒｌ将其借用过来，而ｕｓｅｒｌ恰好还有３号子载波可用且与　其他用户没有冲突，于是ｕｓｅｒｌ将２号子载波借用给ｕｓｅｒ３，　自己选择稍差些的可用子载波３，从而使所有用户都分配成　功。可见带子载波借用的动态分配算法分配的灵活性更大，　在保证各业务ＱｏＳ的同时从整体上提高系统性能，不过其复　杂度也比前面的算法要大。　Ｓｕｂｃａｒｒｉｅｒ　１　２　３　４　５　６　７　８　ｕｓｅｒｌ　１　２　３　４　５　６　７　ｕｓｅｒ２　１　７　５　６　３　ｕｓｅｒ３　２　４　８　１　Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔ　ｕｓｅｒｌ　①２③４　５　６　７　Ｓｕｃｃｅｓｓ　ｕｓｅｒ２　１⑦⑤⑥３　Ｓｕｃｃｅｓｓ　ｕｓｅｒ３　②④⑧１　Ｓｕｃｃｅｓｓ　Ｎｏｔｅ：Ｔｈｅ　ｓｕｂｃａｒｒｉｅｒｓ　ｗｉｔｈ　ａ　ｃｉｒｃｌｅ　ａｒｏｕｎｄ　ａｒｅ　ａｌｌｏｃａｔｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｕｓｅｒ　ａｔ　ｔｈｅ　ｅｎｄ　图４带子载波借调的动态分配算法示意图　Ｆｉｇ．４　Ａｄａｐｔｉｖｅ　ｓｕｂｃａｒｒｉｅｒ　ｒｅ－ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　２．３各种分配算法的比较　算法１最简单，复杂度最小，不必知道用户的信道信息，　系统开销小，在用户数较少，业务固定时比较合适。不过分　配由于不随信道的变化而变化，分配效果往往很差，尤其是　在业务具有突发性的多用户移动通信系统中。　算法２利用的瞬时的信道信息，较固定分配有改进之处，　但其要求分配限制在各用户请求的最佳子载波范围内，调整　的灵活性太小，较固定分配改进不大。　算法３尽可能地利用了所有用户的可用子载波，分配的　灵活性最大。当前面优先级高的用户较多，而每个用户都有　较多可用子载波时，分配到后面优先级低的用户时，子载波　借用的空间已非常小，较算法２改进很小，而分配时的计算　复杂度将增加很多。　２．４自适应调制的应用　本文主要是在给定功率和业务的ＢＥＲ要求下，在子载　波分配的基础上利用白适应调制，根据瞬时的信道增益选择　合适的调制方式，从而提高系统的吞吐量。根据信道条件选　取不同的调制方式时，均应保证满足对应业务的ＱｏＳ要求，　这也就成为了白适应调制ｒ卜门限选取的基小依据，即满足不　同业务ＱｏＳ要求的ＢＥＲ。当在传输过程中使用Ｍ－ａｒｙ正交幅　度调￣ｒＪ（ＭＱＡＭ）时，误比特率可以表示为　１．５曼　＝Ｏ．２ｅ　Ｍ－Ｉ　对ＭＱＡＭ调制，保持　≤Ｐｍｉ　的最小ＳＮＲ为　ｓＮＲ　一　１．）　（　一１）　（５）　本文根据文献【８】仿真了平坦瑞利衰落下系统中用到的　各利　调制方式（ＢＰＳＫ，ＱＰＳＫ，８ＱＡＭ，１　６ＱＡＭ）的误比特性　能，根据仿真结果确定了选择各种调制方式的具体门限值。　所依据的仿真结果如图ｆ５）所示。根据上面的仿真结果，考虑　到不同业务所要求的误比特虑不同，小文考虑实际中一般语　音业务为１０一，流媒体业务为１０一，ｗｅｂ类数据业务为５ｘｌ０。。。，　据此，对于上述３种不同类型的业务，水文可根据其误比特　要求相应地确定其选则不同调制方式时的门限值，具体如表　１。值得说明的是上述门限值是指没有加编码，交织和分集　情况下的接收信噪比，而实际中应将上述给定的发射端信躁　比，信道编码，交织和分集的增益减掉后，才能真正得到实　际系统中对各子载波上增益要求的合理门限，小文仿真参数　中各业务调制方式的门限值的确定正是据此得来的。　・－－－－－－－——ＢＰＳＫ　—＿Ｇ—ＱＰＳＫ　——　一８ＱＡＭ　——　一１６ＱＡＭ　ＳＮＲ（ｄＢ）　图５自适应门限选取　Ｆｉｇ．５　Ａｄａｐｔｉｖｅ　ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　表ｌ不同业务的自适应调制门限选取表（单位：分贝）　Ｔａｂ．１　Ａｄａｐｔｉｖｅ　ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｓｅｖｉｃｅｓ（ｄＢ）　ＢＰＳＫ　ＱＰＳＫ　８ＱＡＭ　１６ＱＡＭ　话音业务　２４　２７　３２　３３　流媒体业务　３４　３７　４３　４５　数据业务　５０　５３　５８　６０　３　系统仿真及结果分析　３．１业务模型　本文假定仿真系统中有３种可用的业务：语音业务，流　维普资讯 http://www.cqvip.com

１３４８　电子与信息学报　第２８卷　媒体业务，和数据业务。优先级的排列从高到低分别为语音，　调制时各业务要求的子载波上的最小增益，假定发射机增益　流媒体和数据。本文仿真巾定义一个分组包的长度为时隙的　为２５ｄＢ左右【１４Ｊ，编码和交织增益为１４ｄＢ左右【ｌ５］，分集对　长度。　应增益为３ｄＢ左右【ｌ　，将表１中ＢＰＳＫ对应项减去总计的增　３．１．１语音业务　话音源通过话音激活检测器产生突发期　益４２ｄＢ即得到上述门限，若用自适应调制，选用其它各调　（ｔａｌｋｓｐｕｒｔ）￣ｌ：ｌ静，￣（ｓｉｌｅｎｃｅ）［９，１￣１，能够以图６所示的两态马尔　制方式的子信道增益门限同样由表１巾的对应项减去总增益　可夫（Ｍａｒｋｏｖ）模型来表示。突发期和静默期的持续时间假设　４２ｄＢ即可。　分别服从均值为ｆｖＪ和＇ｔ＇ｖｓ的指数分布。通常　和　的值分　３．３仿真结果分析　别取１ｓ和１．３５ｓ。话音终端的服务质量（ＱｏＳ）包括两个方面：　由图７和图８可以看出算法３的性能要好于算法ｌ和算　一个方面是在传输每个话音分组时最大可容忍的时延　法２的性能。在图７巾，采用算法３，话音和流的丢包率远　…　，话音终端包含一个有限长度的先入先出缓冲，在突　远低于其它两种算法的丢包率。对于算法１，在用户数少的　发期，新分组包按帧到达缓冲，如果缓冲已满，最旧的分组　情况下，用户基本上都能分配到满足需求的固定子载波，性　将被丢弃：另一个方面是最大可接受的分组丢弃的个数，即　能稍好于算法２。但随着用户数的增加，算法１能分配到满　丢包率，广泛被接受的话音终端可容忍的最大可丢弃分组数　足需求子载波的用户数比例越来越少，而算法２每个用户被　是总共产生的分组数的１％【ｌｌＪ。　“　分配给信噪比增益最大的子载波，这样可以使用更高阶的调　制，因此算法的性能要好于算法１。在３种算法情况下，话　音的丢包率都好于流媒体，因为话音的误比特率要求较低，　优先级高，能满足的子载波更多。在图８巾，算法３成功传　图６话音的状态转移过程　输的包数大于其它两种算法成功传输的包数。算法２与算法　Ｆｉｇ．６　Ｓｔａｔｅ　ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆｖｏｉｃｅ　ｓｅｒｖｉｃｅ　３．１．２流媒体业务　对于静态流媒体类的的数字音频业　３的性能接近是因为算法２总是使用最高阶的调制，如果分　务【Ｉ２】，其要求的速率较大，假设每个用户传输时请求分配３　配成功，单位时间内传输的包数更多，但从图８可知算法２　个子载波。其业务的产生与语音业务类似，每次突发产生数　总共产生的包数和丢弃的包数都要大于算法３。ｗｅｂ业务在３　据包的时间和静默持续时间也均服从指数分布，只是对应的　种算法下变化不明显是因为ｗｅｂ业务的误比特率要求较高，　均值取值大小不同，分别为　，和　。而对其延时的控制也　加上优先级最低且对时延不敏感，所以在３种情况下满足可　是通过～个包缓冲器来进行的，由于其允许的最大延时比语　分配或借调的子载波都差不多。　音业务要大，所以包缓冲器的长度要长。　３．１－３数据业务对于数据类的ｗｅｂ业务，可以允许有相对　较大的延时，而对数据的准确完整性要求较高，所以本文在　仿真中只统计了系统中因子载波分配不成功而出现延时的　总的次数，而假设其允许的延时足够大，每次产生延时后都　让其重传，直到其传送出去为止，这样自然ｗｅｂ类用户就不　Ｎｔｉｍｂｅｒ　ｏｆｕｓｅｒ　Ｎｔｉｍｂｅｒ　ｏｆ　ｕｓｅｒ　会有丢包率。另外，由于数据业务一般不必苛刻地要求传送　—　卜ｖｏｉｃｅ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍｌ　—　ｖｏｉｃｅａｌｇｏｒｉｔｈｍ１　过程中的一致和连贯性，仿真巾分配时不必一定要分满子载　——　—ｓｔｒｅａｍ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ１　——　一ｓｔｒｅａｍ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　１　－岳一ｖｏｉｃｅ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ２　——＿一ｗｅｂ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　１　波才算分配成功，只要分到可用子载波即可用于数据传输，　一　一ｓｔｒｅａｍ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ２　一岳一ｖｏｉｃｅ　ａｌｇｏｒｉｔｍｈ２　．一、ｏ．．．ｖｏｉｃｅ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ３　．－．Ａ－—－ｓｔｒｅａｍ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ２　而对于语音和视频流媒体类业务，每次只有分满请求的子载　…△…ｓｔｒｅａｍ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ３　一＊一ｗｅｂ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ２　波数才可用于传输。本文假设数据的活动突发期是具有形状　．．．Ｏ．．．，ｖｏｉｃｅ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ３　…△…ｓｔｒｅａｍ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ３　参数　和尺度参数，，使用重尾Ｐａｒｅｔｏ分布【ｌ　来作为数据业　…＊…ｗｅｂ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ３　务产生的模型。　图７丢包率与　图８成功传输的包数　３．２仿真参数　用户数关系曲线　与用户数关系曲线　仿真针对多径衰落下多用户ＯＦＤＭ系统进行，具体的参　Ｆｉｇ．７　Ｄｒｏｐｐｅｄ　ｐａｃｋｅｔ　Ｆｉｇ．８　Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ　ｒａｔｉｏ　ＶＳ　ｕｓｅｒｓ　ｐａｃｋｅｔｓ　ＶＳ　ｕｓｅｒ　数如表２所示。上述各业务的信道增益门限即为能选用ＢＰＳＫ　表２仿真参数　系统参数　数值　系统参数　数值　系统参数　数值　时隙长度　２ｍｓ　话音平均突发长度　１．０ｓ　数据请求子载波数　５　仿真时间　１　０００００ｓｌｏｔ　话音平均静默长度　１．３５ｓ　话音允　ｌ：的最大延时　１ｓｌｏｔ　子载波总数　１２８　流媒体平均突发长度　３．Ｏｓ　流媒体允许的最大延时　６ｓｌｏｔ　信道径数　６　流媒体平均静默长度　４．０５ｓ　话音的信道增益门限　一ｌ　８ｄＢ　多普勒频率　ｌＯＯＨＺ　话音请求子载波数　ｌ　流媒体的信道增益门限　－８ｄＢ　用户数比例　１５：２：ｌ　流媒体请求子载波数　３　数据的信道增益门限　８ｄＢ　维普资讯 http://www.cqvip.com

第８期　郭凯等：ＯＦＤＭ系统中多业务间子载波借调自适应资源分配方法　１３４９　４　结束语　本文提出了适用于ＯＦＤＭ系统的多业务间子载波借调　的自适应资源分配机制，该方法综合考虑了信道的衰落情　况、业务的ＢＥＲ要求和ＱｏＳ要求不同，在不同业务问调整　和借用子载波进行分配来最大化系统的容量和性能。仿真结　果表明，本文提出的资源分配机制改善了系统的性能。本文　提出的机制在子载波数和用户数大的情况下，系统的复杂度　很大，下一步的工作将考虑如何改进算法，取得性能和复杂　度合理的折衷。　参考文献　［１］　Ｒｏｈｌｉｎｇ　Ｈ，Ｇｒｕｎｈｅｉｄ　Ｒ．Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｏｆ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ａｃｃｅｓｓ　ｓｃｈｅｍｅｓ　ｆ０ｒ　ｔｈｅ　ｄｏｗｎｌｉｎｋ　ｏｆ　ａｎ　ＯＦＤＭ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ．ｉｎ　Ｐｒｏｃ．１　ＥＥＥ　Ｖｅｈｉｃｕｌａｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏｎｆ．（ＶＴＣ’９７），Ｐｈｏｅｎｉｘ　ＡＺ，１　９９７：１　３６５—１　３６９．　［２］　Ｗｏｎｇ　Ｃ　Ｙ，Ｃｈｅｎｇ　Ｒ　Ｓ，ｅｔ　ａ１．．Ｍｕｌｔｉｕｓｅｒ　ＯＦＤＭ　ｗｉｔｈ　ａｄａｐｔｉｖｅ　ｓｕｂｃａｒｒｉｅｒ，ｂｉｔ。ａｎｄ　ｐｏｗｅｒ　ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ．１ＥＥＥ　ｏｎ　Ｓｅｌｅｃｔ．Ａｒｅａｓ　Ｃｏｍｍｕｎ．，１９９９，１７（１Ｏ）：１７４７—１　７５８．　［３］　Ｋｉｖａｎｃ　Ｄ，Ｌｉ　Ｇ　Ｑ，Ｌｉｕ　Ｈ｜Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｌｙ　ｅｆｉｆｃｉｅｎｔ　ｂａｎｄｗｉｄｔｈ　ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｏｗｅｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｆｏｒ　ＯＦＤＭＡ．１ＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．ｏｎ　Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ｃｏｍｍｕｎ．，２００３，２（６）：１　１　５０一Ｉ　１５８．　［４］　Ｖｉｓｗａｎａｔｈ　Ｐ＇Ｔｓｅ　Ｄ　Ｎ　Ｃ，Ｌａｒｏｉａ　Ｒ．Ｏｐｐｏｒ－ｔｕｎｉｓｔｉｃ　ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ　ｕｓｉｎｇ　ｄｕｍｂ　ａｎｔｅｎｎａｓ．１ＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．ｏｎ　Ｉｎｆｏｒｍ．Ｔｈｅｏｒｙ，２００２，　４８（６）：１２７７—１２９４．　［５］　Ｋｏｕｔｓｏｐｏｕｌｏｓ　Ｉ，Ｔａｓｓｉｕｌａｓ　Ｌ．Ａｄａｐｔｉｖｅ　ｒｅｓｏｕｒｃｅ　ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　ＳＤＭＡ・ｂａｓｅｄ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｂｒｏａｄｂａｎｄ　ｎｅｔｗｏｒｋｓ　ｗｉｔｈ　ＯＦＤＭ　ｓｉｇｎａｌｉｎｇ．　ｉｎ　Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ　ＩＮＦＯＣＯＭ’０２．Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ，Ｎ　Ｙ，ＵＳＡ．２００２，Ｖｏｌ－３：　ｌ３７６一ｌ３８５．　［６］Ｔｈｏ　Ｌｅ・Ｎｇｏｃ，Ｄａｍｊｉ　Ｎ，Ｙａｎｇ　Ｘ．Ｄｙｎａｍｉｃ　ｒｅｓｏｕｒｃｅ　ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ　ｏｆｒ　ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ　ｓｅｒｖｉｃｅｓ　ｏｖｅｒ　ＯＦＤＭ　ｄｏｗｎｌｉｎｋ　ｉｎ　ｃｅｌｌｕｌａｒ　ｓｙｓｔｅｍｓ，ｉｎ　Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ　ＶＴＣ’０４　Ｓｐｒ．，Ｍｉｌａｎ，Ｉｔａｌｙ．２００４，Ｖｏ１．４：１　８６４—１　８６８．　［７］　Ｇｏｌｄｓｍｉｔｈ　Ａ　Ｊ，Ｃｈｕａ　Ｓｏｏｎ－Ｇｈｅｅ．Ｖａｒｉａｂｌｅ－ｒａｔｅ　ｖａｒｉａｂｌｅ・ｐｏｗｅｒ　ＭＱＡＭ　ｆ０ｒ　ｆａｄｉｎｇ　ｃｈａｎｎｅｌｓ．１ＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．ｏｎ　Ｃｏｍｍｕｎ．，１　９９７，　４５（１Ｏ）：１２１　８—１２３０．　［８］　Ｒａｐｐａｐｏ￣Ｔ　Ｓ，Ｆｕｎｇ　Ｖ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｂｉｔ　ｅｒｒｏｒ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ＦＳＫ，ＢＰＳＫ，ａｎｄ．ｍ＇４ＤＱＰＳＫ　ｉｎ　ｆｌａｔ　ｆａｄｉｎｇ　ｉｎｄｏｏｒ　ｒａｄｉｏ　ｃｈａｎｎｅｌｓ　ｕｓｉｎｇ　ａ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ・ｂａｓｅｄ　ｃｈａｎｎｅｌ　ｍｏｄｅ１．１ＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．ｏｎ　Ｖｅｈ．　Ｔｅｃｈｎｏ１．，ｌ９９　ｌ，４０（４）：７３卜７３９．　［９］　Ｇｏｏｄｍａｎ　Ｄ　Ｊ．Ｗｅｉ　Ｓ　Ｘ．Ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｐａｃｋｅｔ　ｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ａｃｃｅｓｓ．１ＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．ｏｎ　Ｖｅｈ．Ｔｅｃｈｎｏ１．，ｌ９９ｌ，４０（１）：ｌ　７Ｏ—ｌ　７６．　［１０］　Ｎａｎｄａ　Ｓ．Ｇｏｏｄｍａｎ　Ｄ　Ｊ，Ｔｉｍｏｒ　Ｕ．Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ＰＲＭＡ：Ａ　ｐａｃｋｅｔ　ｖｏｉｃｅ　ｐｒｏｔｏｃｏｌ　ｆｏｒ　ｃｅｌｌｕｌａｒ　ｓｙｓｔｅｍｓ．１ＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．ｏｎ　Ｖｅｈ．　Ｔｅｃｈｎｏ１．，ｌ　９９　ｌ，４Ｏ（３）：５　８４—５９８．　Ｎａｎｄａ　Ｓ．Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆｔｈｅ　ＰＲＭＡｊｏｉｎｔ　ｖｏｉｃｅ　ｄａｔａ　ｓｙｓｔｅｍ．１ＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．ｏｎ　Ｃｏｍｍｕｎ．，ｌ　９９４，４２（５）：２０９２—２　ｌ　Ｏ４．　［１２］　Ａｋｙｉｌｄｉｚ　ｌ　Ｆ’Ｌｅｖｉｎｅ　Ｄ　Ａ，Ｊｏｅ　Ｉ｜Ａ　ｓｌｏｔｔｅｄ　ＣＤＭＡ　ｐｒｏｔｏｃｏｌ　ｗｉｔｈ　ＢＥＲ　ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ　ｆｏｒ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ　ｎｅｔｗｏｒｋｓ．１ＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．　Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ，ｌ９９９，７（２）：ｌ４６一ｌ５８．　［１３］　Ｐａｘｏｎ　Ｖ　Ｆｌｏｙｄ　Ｓ．Ｗｉｄｅ　ａｒｅａ　ｔｒａｆｆｉｃ：Ｔｈｅ　ｆａｉｌｕｒｅ　ｏｆ　Ｐｏｉｓｓｏｎ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ．１ＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．ｏｎ　Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ，ｌ　９９５，３（３）：２２６—２４４．　［１４］　ＥＴＳＩ厂ｒＲ　ｌ　Ｏ　ｌ　Ｉｌ　２　Ｖ３．２．０（１　９９８－０４），ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｔｓｉ．ｆｒ．　［１５］　Ｋｉｍ　Ｊｉｎ　Ｙｏｕｎｇ．Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆＯＦＤＭ／ＣＤＭＡ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｉｔｈ　ｔｕｒｂｏ　ｃｏｄｉｎｇ　ｉｎ　ａ　ｍｕｌｔｉｐａｔｈ　ｆａｄｉｎｇ　ｃｈａｎｎｅ１．１ＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．ｏｎ　Ｃｏｎｓｕｍｅｒ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ｌ　９９９，４５（２）：３７２—３７９．　［１　６］ＥＴＳＩ／ＴＲ　１　０　１　１　４６　Ｖ３．０．０（１　９９７・１　２），ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｔｓｉ．ｆｒ　郭凯　男，ｌ９７６年生，博士，研究方向为移动通信与无线通信　中的ＭＡＣ协议、无线资源分配策略．　孙群龙　男，ｌ９８１年生，硕士生，研究方向为移动通信中的无线　资源分配策略．　卫国　男，１９５９年生，博士，教授，博士生导师，研究方向为　个人通信与移动通信、信号处理．　朱近康　男，ｌ９４３年生，教授，博士生导师，研究方向为移动通　信与无线通信、通信中的信号处理．