ofdma系统中具有qos的跨层资源分配算法

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1、OFDMA系统中具有QoS的跨层资源分配算法主商要：提出了一种基于OFDMA系统的具冇QoS的跨层资源分配策略，根据物理信道状态、MAC层用户队列状态信息以及服务质量耍求对叫户业务赋予不同的优先级，将MAC层分组调度、物理层的子载波、功率与比特分配进行联合设计。建立丫基于IEEE802.16标准的仿真模型，结果表明，与传统分配策略相比，在系统吞吐量稍冇降低的情况下，系统的时延特性、丢包率方面有较人性能提升。关键i司：正交频分多址；资源分配；调度算法；跨层；服务质量H前，无线M络提供的服务已从过去单一的语音业务，经过语音、数据综合业务阶段，发展到现在的语音、流媒体、数据的多媒体业务。这些业务

2、都宥相应的服务质景要求，同时由于无线信道的时变特性和无线资源的稀缺性。因此，如何利用宥限的无线资源，在满足用户不同业务需求的基础上尽可能地提高系统性能，是未来无线通信系统研究的一个®要课题。正交频分复用OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiple)技术由于具有良好的抗符号间干扰和频率选择性衰弱特性，已被作为IEEE802.16标准物理层的关键技术之一。在基于OFDMA的无线通信系统屮，关于如何保证用户的服务质莆问题己经进行了大萤的研宂，并提出了一些有效的资源分配方案。文献［1，2］在考虑用户QoS的基础上，最大化系统吞吐莆，文献［3,4］提出了基于用户队

3、列缓存受限条件下具有服务质莆保证的系统容莆最大化算法；但前者在MAC层采用了无限长用户缓存模型，不符合实际应用条件，后秆没有考虑系统的公平性问题。本文在充分考虑用户QoS要求的基础上，建立了基于有限长缓稃的用户队列模型。将MAC层的QoS需求与物理层的资源分配联合设计，推导了服务速率的限制条件和跨层优化H标，提出了可行的子载波和功率分配策略。仿真表明该策略较以往算法在系统吞吐莆降低有限的情况下，有效降低了系统丢包率，大大降低了用户数据包的传输时延，保证了多用户的QoS需求。1系统模型图1力多川户OFDMA系统下行链路传输模型。系统共冇K个用户，/V个子载波，系统总带宽力VV，每个子载波的带

4、宽力□/=W/Nt系统功率上限力。基站为每个用户分配独立的冇限队列缓存,缓存中数据包按照先入先出(FIFO,firstinfirstout)的规则等待接受服务，缓¥队列最多可存L个数据包。基站通过反馈或信道估计能准确知道用户信道状态收稿円期：2009-05-14；修回闩期：2009-06-1作者简介：陈刚(1983-),男，硕士生信息(CSI)，并且假定在一个OFDM符号内保持不变。在每个OFDM符号起始吋刻，根据MAC层的QoS要求、缓存队列信息和信道状态信息，自适应分配算法为每个用户分配子载波、比特数H和功率，缓存队列中的数据经跨层资源分配算法处理后，通过OFDMA发送机送入无线信道，

5、子载波分配信息通过专用信道通知用户。在接收端，用户根据专用信道接收到的子载波分配信息，提取信号并作相关解凋。图1OFDMA系统框图2跨层优化问题建模假定一个子画能被一个用户占用，似“表示第“、子载波是碰用户左占用，取值为o表示未占用，取值为1表示占用。当某个子载波选择选了相应用户后，在单位OFDM符号A此子载波上所能承载的比特数I•由自适应调制确定。不失一般性，本文采用M-QAM方式调制。根据文献［3］把信噪比(SNR)划分为R+1个不重叠的连续区域，记为：r(r=0,I...R+l)o当用户在子载波//上传输/•比特时，AWGN信道中的误包率为：P(y)=P°

6、exp(H,)7rHl其中6Z，g和/力计算参数，针对不同业务的误包率尸耍求，可求出r的下界。rr9rperr1ar(j=0；r=—ln(—)，r=1,2,R:r*+

7、=十⑺⑵本文在MAC层采用宥限长用户队列模型，这时候就需要考虑两个问题。首先，用户当前的队列长度决定了该用户对于物理层容呈的需求上限：其次，如果缓存屮的数据包得不到及时处理会产生溢出，增大丢包率，降低用户的QoS。相较于以往到达速率阆定的队列模型，针对多媒体业务数据传输具宥突发性的特点，本文利用马尔可夫调制泊松过程(dMMPPdiscreteMarkovModulatedPoissonProcess)对MAC层队列模型进行刻

8、岡和描述［3］。一个用户的数掘包到达过程可用又对角矩阵和离散马尔可夫转移矩阵表示：令表示第/个OFDM符号开始时刻用户々队列缓存中的数据数M。考虑第Z个OFDM符号，即［U+1］内的队列状态*更新，则第什1个OFDM符号开始吋刻用户队列缓存中的数据包数(1为0G+1)。0.(^+l)=GA(/)+^(Z)-r(Z)/B(4)其-中m/Z)为第Z个OFDM符号内用户到达的数据包数目，&(Z)为第f个OFDM符号内用户传输的