CN1829210A - 多用户ofdm系统中比例公平的载波分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多用户单/多天线正交频分多址(OFDMA)系统中的具有用户公平性的动态载波分配方法。OFDMA作为一种下一代无线多媒体网络的传输技术，目前已被IEEE 802.16标准所采用。与一般的TDMA相比，OFDMA优点是可动态分配载波。但一般的OFDMA载波分配方法没有考虑到用户之间的公平性问题，因此，针对无线信道的时变性和用户公平性特点，本发明提出一种有效的动态载波分配方法。首先，基于各用户间的速率之比对所有载波进行初始化分配；然后，根据把最大信道噪声比的载波分配给最低比例速率用户的原则，对初分配给用户的载波进行再分配，以保证各用户间的公平性。该方法同时具有用户公平性和系统容量提高的优点。

Description

多用户OFDM系统中比例公平的载波分配方法

技术领域

本发明涉及多用户单/多天线OFDM系统中载波(频率资源)的动态分配方法。

背景技术

随着无线网络、多媒体技术和因特网的逐渐融合，人们对无线通信业务的类型和质量的要求越来越高。为满足无线多媒体和高速率数据传输的要求，需要开发新一代无线通信系统。新一代无线系统中，从物理层、媒体接入控制层到网络层，将广泛采用一些新技术，如正交频分复用(OFDM)、多天线输入和输出(MTMO)等。

OFDM在频域把信道分成许多正交子信道，整个宽带频率选择性信道被分成相对平坦的子信道，同时，在每个OFDM符号间插入循环前缀(CP)作为保护间隔，大大减小了符号间干扰(ISI)。由于OFDM具有抗多径能力强等优点，普遍认为它是新一代无线传输链路的关键技术。

MTMO系统是指在发送和接收端使用多元天线阵列，它能显著提高系统容量(频谱效率)和无线传输链路质量(误比特率)。利用MIMO技术提高系统容量和传输质量的方式包括两类：空分复用(SM)和空间分集(SD)。作为面向新一代无线信息网络而提出的MIMO与OFDM相结合的MIMO OFDM传输技术也受到广泛关注。MIMO与OFDM相结合的MIMO OFDM技术具有两者的优点，它既通过OFDM调制把频率选择性MTMO衰落信道分解成一组并行平坦衰落信道，又利用MIMO提高了系统容量，适用于传输高质量的多媒体业务。

众所周知，实用化的无线系统必须支持多用户通信。因此，无论是一般的OFDM系统，还是多天线的OFDM系统，均需具有支持多用户接入的能力。多用户OFDM允许多个用户共享一个OFDM符号。现有的固定信道分配方式，如时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)、码分多址(CDMA)以及空分多址(SDMA)均可用于多用户OFDM系统，它们分别分配不同的时隙、频率、码等资源给每个用户。这些分配方式属于静态分配，没有考虑到无线信道变化的影响。

FDMA应用于OFDM称为正交频分多址(OFDMA)，它在每个OFDM符号内，为每个用户分配所有载波中的一部分子载波。当发射机未知每个用户的信道状态信息(CSI)时，可以为每个用户任意分配一组子载波。而当发射机已知用户的信道响应时，发射端根据信道状态信息自适应分配子载波给用户，获得比对每个用户任意分配子载波更好的性能。当OFDMA应用于上行时，所有接入用户可以在小功率放大器下工作和为用户动态分配带宽。当它应用于下行时，对多个用户并行发射数据，可通过调整子载波下行发射功率控制链路质量。与TDMA相比，OFDMA优点是可动态分配载波，对脉冲噪声和干扰有很强的鲁棒性。

同时，多用户无线网络的特点是，同时有多个用户能接收到发射端的信号，因此，发射机为不同用户建立了不同传播信道，则可以利用无线信道时变特征，把无线资源分配给信道条件最好的用户，这种利用各个用户不同的衰落信道特征的方法称为多用户分集(MuD)。MuD可以跟踪利用信道的小尺度时变特性，提高无线资源(时、频、码、空间等)的利用率。

在获得多用户分集增益的同时，还必须保证系统中各个用户能公平地获得容量。OFDMA中，一般的载波分配方法没有考虑到用户之间的公平性问题，因此，需要针对无线信道的时变性和用户公平性特点，提出有效的动态资源分配算法。

参考文献列表：

[1]G.J.Foschini，M.J.Gans发表在Wireless PersonalCommunications，19986(3)第311～315页上的题为“On limits ofwireless communications in fading environment when usingmultiple antennas”的文章。

[2]V.Tarokh，N.Scshadri，A.R.Calderband发表在IEEE Trans.On IT，199844(2)第744～765页上的题为“Space-time codes for highdata rate wireless communication：Performance critierion andcode construction”的文章。

[3]E.Lawrey发表在Proc.International Symposium onSignal Processing and its Applications第761～764页上的题为“Multiuser OFDM”的文章。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多用户OFDM系统中的具有用户公平性的动态载波(频率资源)分配方法。

本发明中，假设系统共有K个用户和N个载波，每个载波分配相同功率且只能被一个用户利用。因此，可以作出以下定义：

(A)用户k的第n个载波的信道噪声比为 $H_{k,n}=\frac{h_{k,n}^2}{N_{0}B/N},$ 其中h_k，n为用户k的第n个载波的信道增益，N₀为白高斯噪声功率谱密度，B为信道带宽，噪声功率σ²＝N₀B/N。若分配给用户k的第n个载波的功率为p_k，n，则该用户的接收信号噪声比为SNR_k，n＝p_k，nH_k，n，p_k，n满足总功率约束 $\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{p}_{k,n}\≤P_{\mathrm{tot}}.$

(B)用户k的第n个载波的速率为r_k，n＝log₂(1+SNR_k，n)，用户k的容量(频谱效率)为 $C_k=\stackrel{N_k}{\underset{n=1}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{N_k}{\mathrm{\ρ}}_{k,n}{r}_{k,n},$ 速率为 $R_k=\underset{n=1}{\overset{N_k}{\mathrm{\Σ}}}\frac{B}{N_k}{\mathrm{\ρ}}_{k,n}{r}_{k,n},$ 其中N_k为分配给用户k的载波数，ρ_k，n∈[0，1]表示其取值仅为1或0，取决于载波n是否被分配给用户k，如果载波n被分配给用户k，则ρ_k，n＝1，否则ρ_k，n＝0；所有用户的遍历总容量(Ergodic sum capacity)为

$C=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{C}_k.$

(C)为保证用户间的公平性，根据用户的平均数据速率，限定各用户速率之比为R₁∶R₂∶…∶R_K＝φ₁∶φ₂∶…∶φ_K。

(D)定义用户k的比例速率为R_k/φ_k。

本发明的载波分配方法的思想是尽可能把最大信道噪声比的载波分配给用户。首先，根据各用户间的速率之比对所有载波进行初始化分配；然后，根据把最大信道噪声比的载波分配给最低比例速率用户的原则，对最初分配给用户的载波进行再分配。其步骤如下：

第一步：初始载波分配。

根据各用户间的速率之比确定分配给各用户的载波数N_k，即令N₁∶N₂∶…∶N_K＝φ₁∶φ₂∶…∶φ_K，由此得到分配给用户k的载波数 表示下取整)。对于未分配的载波 $N^{*}=N-\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{N}_k,$ 通过把这些载波分配给较高信道噪声比的用户来处理，先分配一个载波给最高信道噪声比的用户，再分配一个载波给次高信道噪声比的用户，以此类推，具体地，分以下几步。

(1)根据各个用户之间的速率之比确定分配给各个用户的载波数；

(2)用总载波数减去分配给各用户的载波得到未被分配的载波；

(3)初始化，载波计数n＝1；

(4)计算该载波对应的各用户信道噪声比，通过比较获得并最高信道噪声比的用户；

(5)把该载波分配给最高信道噪声比的用户；

(6)更新分配给该用户的载波数N_k＝N_k+1；

(7)更新载波计数n＝n+1；

(8)判定，若n不大于N^*，转(4)步迭代，直至将未被分配的载波全部分配给用户为止；否则，执行以下各步。

第二步：载波再分配。

分以下几步完成。

(1)初始化：

对于任意的用户k∈[1，K]，载波n∈[1，N-N^*]，定义未给用户k

分配的载波n为ρ_k，n＝0；

对于任意的用户k∈[1，K]，用户k的速率R_k，n＝0；

载波集合N＝[1 2…N-N^*]。

(2)给每个用户分配其最大信道噪声比的载波以确定每个用户速率R_k的初值：

1)初始化，用户计数k＝1；

2)计算该用户对应的各载波信道噪声比，通过比较获得最高信道噪声比的载波；

3)把该载波分配给用户k；

4)更新载波集合，即从总载波集中减去已分配的载波数N_k＝N_k-1，N＝N-{n}；

5)更新定义(B)中的速率R_k；

6)更新用户计数k＝k+1

7)判定，若k不大于K，转入2)步迭代；否则，执行以下各步。

(3)给最低比例速率的用户分配载波以保证用户载波分配的公平性：

8)找到最小比例速率的用户k；

9)找到用户k的最大信道噪声比载波n；

10)在该时隙内，分配第n个载波给用户k；

11)更新载波集合N_k＝N_k-1，N＝N-{n}；

12)更新定义(B)中的速率R_k；

13)判断，若N＝不为空集合，转8)步迭代，否则，结束。

上述为单天线OFDM系统的载波分配方法。对于空分复用工作模式的多天线OFDM(MIMO OFDM)系统，当接收端利用反馈信道把信道状态信息返送到发送端后，对信道矩阵进行特征值(SVD)分解可以把MIMO信道分解成并行独立的多个单输入单输出(SISO)信道。这样，可以把前述单天线OFDM系统的载波分配方法应用到多天线OFDM系统中。注意到在SISO OFDM中，分配给用户的子载波用于一幅天线上，而MIMO OFDM中，分配给用户的子载波用于多幅天线上。若发送、接收天线数相等，且每幅天线分配相同的载波，则每幅天线分配的载波数为分配给该用户的载波数与天线数之比。

附图说明

下面，将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述，其中：

图1示出了多用户单天线OFDM系统；

图2(a)是示出了根据本发明实施例的载波分配方法的总体流程图；

图2(b)是示出了根据本发明实施例的初始载波分配方法的流程图；

图2(c)是示出了根据本发明实施例的载波再分配方法的流程图；

图3是将本发明与现有技术的仿真结果进行比较的曲线图；

图4示出了用于解释TDMA OFDM的示意图；以及

图5示出了多用户多天线OFDM系统。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作具体说明。应该指出，所描述的实施例仅是为了说明的目的，而不是对本发明范围的限制。

实施例1：单天线OFDM系统

本发明所应用的多用户单天线OFDM系统如图1所示。

在发送端，采用编码器101对输入比特流进行信道编码以抗噪声；采用交织器102对编码输出进行交织处理以降低比特流相关性；采用调制器103将交织器输出的比特流调制为符号流；插入导频模块104完成在发送符号流中插入用于定时、信道估计的导频序列；采用IDFT处理器105对调制符号流作N_c点逆离散傅氏变换(IDFT)；CP模块106对IDFT处理后的符号流加入循环前缀(CP)；采用射频(RF)链107把基带符号经载波调制后通过天线108发射到信道。

在接收端，RX模块110把从天线端109～109’接收到的载波信号下变频为基带符号；移除CP模块111～111’把OFDM符号的循环前缀删除；DFT模块112～112’进行N_c点离散傅氏变换(DFT)；信道估计模块116～116’利用发送的导频序列估计出信道增益，并利用反馈信道把估计结果反馈到发送端载波分配模块117；DFT变换后的信号经解调113～113’、解交织114～114’、译码115～115’后恢复信息比特流。

发送端载波分配模块117根据每个用户的接收信噪比等信息动态分配载波，并把分配结果送到发射端IDFT模块105和接收端DFT模块112，在这些模块内根据载波分配信息形成OFDM符号。

下面讨论OFDM系统的载波(频率)资源分配。本发明中，假设系统共有K个用户和N个载波，每个载波分配相同功率且只能被一个用户利用。因此，可以作出以下定义：

(A)用户k的第n个载波的信道噪声比为 $H_{k,n}=\frac{h_{k,n}^2}{N_{0}B/N},$ 其中h_k，n为用户k的第n个载波的信道增益，N₀为白高斯噪声功率谱密度，B为信道带宽，噪声功率σ²＝N₀B/N。若分配给用户k的第n个载波的功率为p_k，n，则该用户的接收信号噪声比为SNR_k，n＝p_k，nH_k，n，p_k，n满足总功率约束 $\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{p}_{k,n}\≤P_{\mathrm{tot}}.$

 (B)用户k的第n个载波的速率为r_k，n＝log₂(1+SNR_k，n)，用户k的容量(频谱效率)为 $C_k=\stackrel{N_k}{\underset{n=1}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{N_k}{\mathrm{\ρ}}_{k,n}{r}_{k,n},$ 速率为 $R_k=\underset{n=1}{\overset{N_k}{\mathrm{\Σ}}}\frac{B}{N_k}{\mathrm{\ρ}}_{k,n}{r}_{k,n},$ 其中N_k为分配给用户k的载波数，ρ_k，n∈[0，1]表示其取值仅为1或0，取决于载波n是否被分配给用户k，如果载波n被分配给用户k，则ρ_k，n＝1，否则ρ_k，n＝0；所有用户的遍历总容量为 $C=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{C}_k.$

(C)为保证用户间的公平性，根据用户的平均数据速率，限定各用户速率之比为R₁∶R₂∶…∶R_K＝φ₁∶φ₂∶…∶φ_K。

(D)定义用户k的比例速率为R_k/φ_k。

本发明所提出的载波分配算法的思想是尽可能把最大信道噪声比的载波分配给用户以获得最大容量，并根据把载波分配给最低比例速率用户的原则以保证用户间公平性。算法描述为：首先，根据各用户间的速率之比对所有载波进行初始化分配S2a01；然后，根据把最大信道噪声比的载波分配给最低比例速率用户的原则，对初分配给用户的载波进行再分配S2a02，如图2(a)～(c)所示。其步骤如下：

第一步：初始载波分配。

(1)根据各用户间的速率之比确定分配给各用户的载波数N_k，即令N₁∶N₂∶…∶N_K＝φ₁∶φ₂∶…∶φ_K，以保证用户间的公平性。由此，可得到分配给用户k的载波数

表示下取整)。S2b01

(2)因(1)步中采用了取整的近似处理，故存在未被分配的载波N^*，它为总载波数减去分配给各用户的载波，即 $N^{*}=N-\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{N}_k.$ 通过把这些载波分配给较高信道噪声比的用户来处理，先分配一个载波给最高信道噪声比的用户，再分配一个载波给次高信道噪声比的用户，以此类推。                                      S2b02

(3)初始载波计数n＝1；                       S2b03

(4)计算该载波对应的各用户信道噪声比，通过比较获得并最高信道噪声比的用户；                            S2b04

(5)把该载波分配给最高信道噪声比的用户；     S2b05

(6)更新分配给该用户的载波数N_k＝N_k+1；     S2b06

(7)更新载波计数n＝n+1；                     S2b07

(8)判定，若n不大于N^*，转(S2b04)步迭代；否则，执行以下各步。                                        S2b08

第二步：载波再分配。

根据把最大信道噪声比的载波分配给最低比例速率用户的原则，把初分配给用户的载波进行再分配，它分以下几步。

(1)初始化                                   S2c01

对任意的用户k∈[1，K]，载波n∈[1，N-N^*]，定义未给用户k分配载波n为ρ_k，n＝0；

对任意的用户k∈[1，K]，用户k的速率R_k，n＝0；

载波集合N＝[1 2…N-N^*]。

(2)给每个用户分配其最大信道噪声比的载波。因第(3)步中对用户进行公平载波分配时，需要已知每用户速率R_k，故本步骤中，先给每用户分配一个最高信道噪声比的载波，由此计算出每个用户速率初值。

1)用户计数k＝1；                              S2c02

2)计算用户k对应的各载波信道噪声比，通过比较获得最高信道噪声比的载波；                              S2c03

3)把该载波分配给用户k，即ρ_k，n＝1；          S2c04

4)更新载波集合，即从总载波集中减去已分配的载波数

N_k＝N_k-1，N＝N-{n}；                        S2c05

5)更新定义(B)中的速率R_k；                    S2c06

6)更新用户计数k＝k+1；                        S2c07

7)判定，若k不大于K，转S2c03步迭代；否则，执行以下各步。                                          S2c08

通过1)～7)步，每个用户均被分配了-个最高信道噪声比的载波，同时，计算得到速率R_k初值。

(3)给最低比例速率的用户分配载波。

8)找到最小比例速率R_k/φ_k的用户k；          S2c09

9)找到用户k的最大信道噪声比载波n；            S2c10

10)在该时隙内，分配第n个载波给用户k，即ρ_k，n＝1；

                                              S2c11

11)更新载波集合N_k＝N_k-1，N＝N-{n}；        S2c12

12)更新定义(B)中的速率R_k；                  S2c13

13)判断，若N＝不为空集合，转S2c09步迭代，否则，结束。                                             S2c14

通过8)～13)步，先找到最小比例速率的用户，并在该时隙内，把该用户的最大信道噪声比载波分配该用户，这样，按照用户比例速率依次进行载波分配，即先给最小比例速率的用户分配载波，然后给次最小比例速率的用户分配载波，以此类推，保证了用户载波分配的公平性。

通过仿真试验验证提出的载波分配算法的性能，仿真参数如下：系统共有64个载波，总带宽为1MHz，总功率归一化为1，噪声功率谱密度为-80dBW/Hz，6径信道，每径功率时延分布呈指数衰减，用户速率比例之比为φ₁∶φ₂∶…∶φ_K＝2∶1∶…∶1。利用这些参数分配载波时，若用户为4，由第S2b01步计算出各用户分配的载波数为25、12、12、12，则未被分配的载波N^*＝64-(25+12+12+12)＝3。对这3个载波，利用S2b01～S2b07各步分配给用户；然后，对每个用户获得载波，利用S2c01～S2c14各步进行载波再分配。仿真结果如图4，可以看到，提出的动态载波分配方法的系统容量和高于一般的静态资源分配方法TDMA(如图4)，它为每个用户分配不同时隙，并在一个时隙内独占所有载波。

实施例2：多天线OFDM系统

考虑采用空分复用工作模式的MIMO OFDM系统的下行链路(广播信道)，发送端(基站BS)安装N_T幅天线，在每个用户接收端安装N_R幅天线。

提出的MIMO OFDM系统如图5，其工作原理为：在发送端，输入比特流经串/并变换101后复用到每根发射天线端109～109’；对每根天线支路端的比特流，采用编码器102～102’对输入比特流进行信道编码以抗噪声；采用交织器103～103’对编码输出进行交织处理以降低比特流相关性；采用调制器104～104’对交织器输出比特流调制为符号流；插入导频模块105～105’完成在发送符号流中插入用于定时、信道估计的导频序列；采用IDFT处理器106～106’对调制符号流作N_c点逆离散傅氏变换；CP模块对107～107’IDFT处理后的符号流加入循环前缀；预滤波(发射滤波)器108对多天线发送信号预处理后，利用射频链109～109’把基带符号经载波调制后发射到信道。

在接收端，RX模块112～112’、121～121’把从天线端111～111’、120～120’接收到的载波信号下变频为基带符号；同步模块113、122完成帧同步、跟踪；接收滤波器114、123的功能与预滤波器相对应，补偿接收信号；移除CP模块115～115’、124～124’把OFDM符号的循环前缀删除；DFT模块116～116’、125～125’进行N_c点离散傅氏变换；信道估计模块118、127利用发送的导频序列估计出信道增益，并利用反馈信道把估计结果反馈到发送端载波选择模块119；DFT变换后的信号经解调、解交织、译码117、126后恢复信息比特流。

发送端载波分配模块119根据每用户的接收信噪比等信息动态分配载波，并把分配结果送到发射端IDFT模块106～106’和接收端DFT模块116～116’，在这些模块内根据载波分配信息形成OFDM符号。

空分复用工作模式的MIMO系统的主要优势是能获得高的信道容量(频谱效率)。对于空分复用多天线系统，设发射信号为x，预滤波后为 x＝Vx，经信道H传输后的信号为 y＝H x+ w＝HVx+ w，接收滤波后信号向量y，且y＝U^H y＝U^H(HVx+ w)，其中U为发射预滤波阵和V为接收滤波阵，“T”表示转置，“H”表示矩阵的Hermite转置，信道矩阵为

其中元素h_ij为发射天线i到接收天线j的信道衰落系数。当接收端利用反馈信道把信道状态信息返送到发送端后，对信道矩阵进行特征值(SVD)分解得H＝UΛV^H，酉阵U、V满足UU^H＝I，VV^H＝I；对角阵Λ＝diag(λ₁λ₂…λ_k)，λ₁＞λ₂＞…＞λ_k为H的特征值，故接收滤波输出y＝U^H(UΛV^H)(Vx)+U^H w＝Λx+w，式中w为噪声。可见，通过特征值分解，可以把MIMO信道分解成并行独立的多个单输入单输出(SISO)信道，分解得到的并行子信道个数等于H中非零特征值的个数。

这样，可以把前述单天线OFDM系统的载波分配方法应用到多天线OFDM系统中，对该算法流程的描述见实施例1，这里不再赘述，下面用一示例说明。

采用与上述相同的参数，设系统共有64个载波，发射、接收端安装2幅天线，有4个用户，用户速率比例之比为φ₁∶φ₂∶φ₃∶φ₄＝2∶1∶1∶1。经SVD分解，把MIMO信道转化为SISO信道。这样，即系统可分配的OFDM载波为64×2＝128个。对这些参数分配载波时，由第S2b01步计算出各用户分配的载波数为51、25、25、25，则未被分配的载波N^*＝128-(51+25+25+25)＝2。对这2个载波，利用S2b01～S2b07各步进行初始分配；然后，对已分配给每用户的载波，利用S2c01～S2c14进行载波再分配。

尽管已经针对典型实施例示出和描述了本发明，本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种其他的改变、替换和添加。因此，本发明不应该被理解为被局限于上述特定实例，而应当由所附权利要求所限定。

Claims (8)

1、一种在多用户正交频分复用系统中对用户进行公平性的动态载波分配的方法，包括：

初始载波分配步骤，根据各个用户之间的速率之比确定分配给各个用户的载波数；对于未被分配的载波，将其分配给具有较高信道噪声比的用户；

载波再分配步骤，根据把最大信道噪声比的载波分配给最低比例速率用户的原则，对已确定初始分配给用户的载波进行再分配。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述载波再分配步骤包括以下步骤：

初始化步骤；

给每个用户分配其最大信道噪声比的载波，以确定每个用户的速率的初值；以及

根据各用户的速率之比和上述速率初值，给最低比例速率的用户分配载波，以保证用户载波分配的公平性。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述初始载波分配步骤包括以下步骤：

根据各个用户之间的速率之比确定分配给各个用户的载波数；

用总载波数减去分配给各用户的载波得到未被分配的载波；

对于每一个未被分配的载波，计算该载波对应的用户信道噪声比，通过比较，得到最高信道噪声比的用户；

把该载波分配给所述最高信道噪声比的用户；

更新分配给该用户的载波数；以及

继续对未被分配的载波进行分配，直至将其全部分配给用户为止。

4、根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于包括定义以下参数的步骤：

系统共有K个用户和N个载波，每个载波分配相同的功率，且只能被一个用户利用；

(A)用户k的第n个载波的信道噪声比为 $H_{k,n}=\frac{h_{k,n}^2}{N_{0}B/N},$ 其中h_k，n为用户k的第n个载波的信道增益，N₀为白高斯噪声功率谱密度，B为信道带宽，噪声功率σ²＝N₀B/N，若分配给用户k的第n个载波的功率为p_k，n，则该用户的接收信号噪声比为SNR_k，n＝p_k，nH_k，n，p_k，n满足总功率约束 $\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{p}_{k,n}\≤P_{\mathrm{tot}},$ P_tot为总功率；

(B)用户k的第n个载波的速率为r_k，n＝1og₂(1+SNR_k，n)，用户k的容量(频谱效率)为 $C_k=\underset{n=1}{\overset{N_k}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{N_k}{\mathrm{\ρ}}_{k,n}{r}_{k,n},$ 速率为 $R_k=\underset{n=1}{\overset{N_k}{\mathrm{\Σ}}}\frac{B}{N_k}{\mathrm{\ρ}}_{k,n}{r}_{k,n},$ 其中N_k为分配给用户k的载波数，ρ_k，n∈[0，1]表示其取值仅为1或0，取决于载波n是否被分配给用户k，如果载波n被分配给用户k，则ρ_k，n＝1，否则ρ_k，n＝0；所有用户的遍历总容量为 $C=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{C}_k;$

(C)为保证用户间的公平性，根据用户的平均数据速率，限定各用户速率之比为R₁∶R₂∶…∶R_K＝φ₁∶φ₂∶…∶φ_K；以及

(D)定义用户k的比例速率为R_k/φ_k，

其中所述初始载波分配步骤在于：

根据各用户间的速率之比，确定分配给各用户的载波数N_k，即令N₁∶N₂∶…∶N_K＝φ₁∶φ₂∶…∶φ_K，由此得到分配给用户k的载波数

表示下取整；

对未分配的载波 $N^{*}=N-\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{N}_k,$ 把这些载波分配给具有较高信道噪声比的用户：先分配一个载波给最高信道噪声比的用户，再分配一个载波给次高信道噪声比的用户，依此类推，直至全部分配为止。

5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述载波再分配步骤在于：

给每个用户分配其最大信道噪声比的载波，以确定每个用户的速率R_k的初值：

计算用户k对应的各载波信道噪声比，通过比较获得最高信道噪声比的载波；

把该载波分配给用户k，即ρ_k，n＝1；

更新载波集合，从总载波集中减去已分配的载波数N_k＝N_k-1，N＝N-{n}；

更新速率R_k；

针对下一个用户进行判断；

按照用户比例速率由低到高顺序，依次给用户分配载波，以保证用户间的公平性：

找到最小比例速率的用户k和用户k的最大信道噪声比载波n；

在该时隙内，分配第n个载波给用户k；

更新载波集合N_k＝N_k-1，N＝N-{n}和速率R_k；

判断，若N＝不为空集合，转上述找到最小比例速率的用户的步骤进行迭代，否则，所述载波再分配结束。

6、根据权利要求1到5中的任何一项所述的方法，其特征在于所述多用户正交频分复用系统是多用户单天线正交频分复用系统。

7、根据权利要求1到5中的任何一项所述的方法，其特征在于所述多用户正交频分复用系统是多用户多天线正交频分复用系统。

8、一种在多用户多天线正交频分复用系统中对用户进行公平性的动态载波分配的方法，包括步骤：

发送端发射导频序列，接收端估计信道增益矩阵系数，并利用反馈信道把该信息返送到发送端；

发送端对信道矩阵进行特征值分解，从而将多天线信道分解为并行独立的多个单输入单输出信道；以及

针对所述多个单输入单输出信道，应用根据权利要求1到5中的任何一项所述的动态载波分配方法。

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