一种基于注水算法的认知OFDM系统资源分配方法

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基于PSO—GA算法的多用户OFDM系统资源分配

ｉｔｒｈｍ，ｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｄｐａｒｔｉｃｌｅｓｗａｌＴＩｆｌｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｌｇａｏｉｔｒｈｍｉｓｕｓｅｄｔｏｏｐｔｉｍｉｚｅｔｈｅｓｙｓｔｅｍｓｕｂｃａｒｒｉｅｒｓｎｄａｂｉｔｌｌａｏｃａｔｉｏｎｉｒｆｓｔ．Ｗｈｅｎｔｈｅｐａｒｔｉｃｌｅｖｅｌｏｃｉｔｙｕｐ —
ｉｍｐｒｏｖｅｄｐａｒｔｉｃｌｅＳＷａｌＴＩＩｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｌａｇｏｒｉｔｈｍａｎｄｇｅｎｅｔｉｃｌａｇｏｉｒｈｔｍ（ＰＳＯ－ＧＡ）ｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏｏｐｔｉｍｉｚｅｔｈｅｓｕｅａｂｒｉｆｅｒｓａｎｄｂｉｔａｌｌｏｃａｔｉｏｎ．Ｉｎｔｈｅｌａｇｏ —
（南通大学电子信息学院，江苏南通２２６０１９）
【摘要】为了最小化多用户ＯＦＤＭ系统的总发射功率，提出利用改进的粒子群算法与遗传算法相结合的联合算法（ＰＳＯ — ＧＡ）
来搜索最优的子载波和比特分配。该算法首先利用改进粒子群算法对系统的子载波和比特分配进行优化。算法运行过程中，当更新后的粒子速度大于最大粒子速度或小于最小粒子速度时，取最大粒子速度与最小粒子速度区间中的一个随机值作为更新的粒子速度。待ＰＳＯ — ＧＡ算法的改进粒子群算法收敛后，将收敛后的种群作为遗传算法的初始种群，再利用遗传算法进行系统的子载波和比特优化分配，进而得出最优解。仿真结果表明，利用该算法比利用遗传算法、粒子群算法与Ｚｈａｎｇ算法的分配方案使系统需要的总发射功率降低２～ｌ０ｄＢ。【关键词】正交频分复用；粒子群和遗传联合算法；子载波分配；比特分配

基于改进智能水滴算法的多用户OFDMA系统资源分配

基于改进智能水滴算法的多用户OFDMA系统资源分配刘紫燕;毛攀;吴俊熊;冯丽【期刊名称】《电讯技术》【年(卷),期】2017(057)002【摘要】Reasonable resource allocation for orthogonal frequency division multiple access( OFDMA) sys―tems plays an important role in enhancing system performance. For a multi-user OFDMA system,the re―source allocation algorithm with maximizing system capacity as target is researched deeply. And then,a re―source allocation model of undirected full connection graph on intelligent drops algorithm is proposed,and the matching relationship can be expressed through vertices and edges sets of undirected full connection graph. Finally,the intelligent water drops algorithm is further improved. The simulation results indicate that under the condition of meeting user proportion fairness,compared with ant colony algorithm,the pro―posed full connection graph resource allocation scheme based on improved intelligent water drops algorithm can increase system rate of 2. 17% ~4. 91%. At the same time,it is in possession of faster convergence speed and enhances system performance.%在正交频分多址(OFDMA)系统中,合理的资源分配对于提升系统的性能具有重要的意义.针对多用户OFDMA系统,对最大化系统容量为目标的资源分配算法进行研究,提出了一种基于智能水滴算法的无向全连通图资源分配模型,以无向全连通图的顶点集和边集来描述用户与子载波之间的匹配关系.在此基础上,进一步对智能水滴算法进行改进.仿真结果表明,在满足用户比例公平性的条件下,与蚁群算法相比,基于改进智能水滴算法的全连通图分配方案能够提高2.17%~4.91%的系统速率,同时具有更快的收敛速度,提高了系统性能.【总页数】6页(P161-166)【作者】刘紫燕;毛攀;吴俊熊;冯丽【作者单位】贵州大学大数据与信息工程学院,贵阳550025;贵州大学大数据与信息工程学院,贵阳550025;贵州大学大数据与信息工程学院,贵阳550025;国网重庆市电力公司,重庆400014【正文语种】中文【中图分类】TN929.5【相关文献】1.OFDMA系统中的多用户自适应资源分配算法 [J], 段航宇;李辉;于红梅2.多用户OFDMA系统资源分配算法研究 [J], 杨乐3.多小区OFDMA系统基于改进PSA的资源分配算法 [J], 赵清利;纪纯妹4.基于改进人工鱼群算法的多用户OFDM系统自适应资源分配 [J], 程永明;江铭炎5.基于子载波权衡的多用户OFDMA资源分配算法 [J], 李君;吴明敏;王秀敏;李正权因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

注水算法解决信道功率分配问题

注水算法解决信道功率分配问题严红，学号：9340023，2012级，***摘要：无线通信技术的日新月异是人类文明发展和社会进步的一个重要展现。

自从1948年香农建立信息论开始，到现在通信已经进入飞速发展的年代，短短的几十年间，无线通信技术在人类社会的各个方面得到了无处不在的应用。

无线通信过程中，在具有多径衰落的短波无线电信道上，即使传输低速（1200波特）的数字信号，也会产生严重的码间串扰。

为了解决这个问题，除了采用均衡器外，途径之一就是采用多个载波，将信道分成许多个子信道。

将基带码元均匀的分散地对每个子信道的载波调制。

随着要求传输的码元速率不断提高，传输带宽也越来越宽。

今日多媒体通信的信息传输速率要求已经达到若干Mb/s，并且移动通信的传输信道可能是在大城市中多径衰落严重的无线信道。

为了解决这个问题，并行调制的体制再次受到重视。

正交频分复用（OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing）就是在这种形式下得到发展的。

在有限的频谱资源的条件下，由于电磁环境是复杂多变的，不同信道的质量也是不同的，如果直接将信号发射出去，信道的容量将不会很高。

因此，在系统中增加资源调度模块根据信道增益自适应地进行资源配置，可明显提高系统吞吐量。

文章介绍了使用MATLAB的cvx工具箱来解决注水算法的功率分配的凸优化问题。

关键字：正交频分复用（OFDM），信道容量，功率分配，凸优化一、OFDM发展史OFDM技术是由多载波调制技术发展而来的，既可以看作是一种调制技术，也可看作是一种复用技术。

OFDM最早起源于二十世纪五十年代中期，早先主要应用在军用无线通信系统中；二十世纪七十年代，Weinstein和Ebert提出了使用离散傅里叶变换来实现多载波调制，但当时还没有出现实时傅里叶变换的设备，OFDM技术没有在实际中得到广泛应用；二十世纪八十年代，Cimini使得FFT技术可以快速简单地实现，OFDM在无线移动通信中的应用得到了快速发展；二十世纪九十年代以來，OFDM技术开始在欧洲国家广泛应用，在1999年，IEEE802.11a通过了一个５GHz的无线局域网标准，其中就采用了OFDM技术作为物理层标准，OFDM技术的实用化加快了脚部[1]。

OFDM 系统中基于注水定理的协同功率分配算法

2
系统模型
我们考虑只有 2 个发射机和 K 个独立的接收机的情况，并且我们假设所有的发射机都能达到最佳信道状态（CSI），如图 1 中的 OFDM 系统模型。我们也假设所有的发射机能够通过公共的信道分享最佳信道状态。通过 K 个具有相同频谱带宽 B 的正交子载波，发射机共同发射分离的信息到 K 个接收机。每个发射机有
优化设计方法导论课程论文
各自独立的功率限制。在这里，我们不明确考虑子载波的调度。然而，值得强调的是本文中功率分配的结果是适用于任何调度策略的，这不失一般性。这样的策略的效果是简单地诱导对选择副载波不同的副载波的统计。假设任意的调度算法选择一定的 K 个子载波。我们假定每一个子载波是足够狭窄，能够经历平稳衰变，在给定的时隙常数下，信道增益是稳定的。那么可提供的总容量能够被表示为：
因此等式（1）有一个解决方案。 3 最优协同功率分配为了计算简便，我们令
nk
(P h ) n nk N0 B Pnk Pn
2
2
xnk
此时等式（1）可以写成：
R log 2 (1 xnk nk )
k 1 n 1
K
（2）
因此最大容量问题可以另外定义成：
优化设计方法导论课程论文
证明：非凸问题（3）的 KKT 条件可以表示为：
xnk 0, xnk 1 0, nk 0, nk xnk 0,
k 1
K
nk
1 xlk lk
l 1 2
nk vn , n 1, 2，k 1, 2,..., K
(5)
其中 nk 和vn 是拉格朗日乘子，分别对应于不等式约束和等式约束条件。接下来，我们将证明优化问题（3）能够在特定的边界结合域实现。假设问题（3）能够在 R 定义域内取到，即 xnk 0, n 1, 2 , k 1, 2,..., K . 然后从式（5）的第四个条件可以推导出对于 n 1, 2 , k 1, 2,..., K ,有 nk 0 。结合式（5）的最后一个条件，有:

Underlay模式下认知无线电OFDM系统多用户资源分配

研究与开发
Ｕｎｄｅｒｌａｙ模式下认知无线电ＯＦＤＭ系统多用户资源分配
李鑫滨，石爱武，宋兴芳
（燕山大学电气工程学院工业计算机控制工程河北省重点实验室秦皇岛０６６００４）
摘要：为了更有效地求解Ｕｎｄｅｒｌａｙ频谱共享模式下的ＯＦＤＭ系统多用户资源分配问题，提出了一种公平、复
Ｅｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇ，ＹａｎｓｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｑｉｎｈｕａｎｇｄａｏ０６６００４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｍｕｌｔｉ－ｕｓｅｓ’ｒｒｅｓｏｕｒｃｅａｌｌｏｃａｔｉｏｎｐｒｏｂｌｅｍｏｆＯＦＤＭｓｙｓｔｅｍｓｕｎｄｅｒｔｈｅｕｎｄｅｒｌａｙ
．
Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ，ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｏｔｈｅｒｍｅｔｈｏｄｓ，ｔｈｅｐｏｐｒｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄｈａｓｖｅｒｙｇｏｏｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｃｔｒｕｍｓｈａｒｉｎｇｍｏｄｅｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｌｙａｎｄｅｆｉｃｉｅｎｔｌｙ，ａｆａｉｒｒｅｓｏｕｒｃｅａｌｌｏｃａｔｉｏｎｌｇａｏｉｒｔｈｍｗｉｔｈｌｏｗｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙｗａｓ

认知无线电系统中基于OFDM的一种资源分配方案

私一
Ｍ
“
… ，
… ，
ｐＭ：！：ｉ
（８）１
（次优Ｂ２）算法
这种算法中，台阶的高度与７成反比，第，７，个子载波的功率可写成：
尸：刁，（９）１
根据式（５）先算出每个子载波的拉格朗日常数１
ｉ；；技术趋势ｉ
２系统模型
假设主用户占据带宽为ｗ的频谱，用户可以使用认知的子载波数为Ｍ，且均匀分布在主用户两侧，如图１所
示：
ＩＩ
２２主用户对认知用户的干扰．主用户的功率谱密度函数经过／点的ＦＴＶＦ变换后，可表示成：
；技术趋势；；ｉ
其中
＝，，对上式置零得到第／７，个子载波的最优
用户最近的子载波的发射功率。因此第ｊ个子载波的发射功率可以写成：
尸，／＝（６）１
发射功率：
ｐ：Ｌ一： — ± ｔｒｌＩｌｈｉ
认知用户信号的旁瓣会对主用户系统造成影响，认知用户的第个子载波的功率谱密度函数为：
式（８）中代表认知用户的系统容量，是所有子载波上传输的速率之和。表示主用户所能承受的干扰门限。
３１最优算法．
［］
其中尸为子载波／的发射功率，是符号周期。由，上图１中主用户与认知用户的位置关系，可知认知用户的第个子载波对主用户的干扰功率 ∞为：

基于注水方法与粒子群的多用户 OFDM 资源分配

ｔｉｏｎｑｕｉｃｋｌｙａｎｄａｃｃｕｒａｔｅｌｙ．ＴｈｅｎｐａｒｔｉｃｌｅｓｗａＹｌｎｌａｇｏｒｉｔｈｍｗａｓｕｓｅｄｔｏａｄｊｕｓｔＬａｇｒａｎｇｅｍｕｌ－ｔｉｐｌｉｅｒｓｏｆｕｓｅｒｒａｔｅｔｈｒｅｓｈｏｌｄｓｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＫａｒｕｓｈ—Ｋｕｈｎ —Ｔｕｃｋｅｒ（ＫＫＴ）ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｔｏ
ＳＵＮＭｉｎｇ，ＷＵＲｅｎ— ｃｈａｏ，ＸＵＹａｏ．ｑｕｎ
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＱｉｑｉｈａｒＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｑｉｑｉｈａｒ１６１００６，Ｃｈｉｎａ；
对偶梯度算法．
关键词：ＯＦＤＭ资源分配；注水方法；ＫＫＴ最优性条件；粒子群算法．中图分类号：ＴＮ９１９文献标识码：Ａ文章编号：１６７２— ０９４６（２０１５）０２— ０２１０— ０５
第３１卷第２期
２０１５年４月
哈尔滨商业大学学报（自然科学版）
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨａｒｂｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｏｍｍｅｒｃｅ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓＥｄｉｔｉｏｎ）

认知OFDM系统中一种改进的注水功率分配算法

率和频带利用率最大化。文中主要针对认知ＯＦＤＭ系统，在注水算法的基础上提出了一种改进算法。该算法全面考虑了
干扰温度限制，结合各子信道的噪声值，通过对信道进行合理排序，从中正确选取需要分配功率的信道并合理分配功率，
ｎｏｉｓｅｖａｌｕｅｏｆｅａｃｈｃｈａｎｎｅｌ，ｃｈｏｏｓｅｔｈｅｃｈｎｎａｅｌｓｃｏｒｒｅｃｔｌｙｗｈｉｃｈｎｅｅｄｐｏｗｅｒｂｙｒｅａｓｏｎａｂｌｙｓｏｒｔｉｎｇｔｈｅｗｈｏｌｅｃｈａｎｎｅｌｓａｎｄｏｐｔｉｍｉｚｅｈｅｔ
第２３卷第１期２０１３年１月
计算机技术与发展
ＣＯＭＰＵＴＥＲＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＡＮＤＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ
Ｖ０１．２３Ｎｏ．１Ｊ种改进的注水功率分配算法
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｃｏｇｎｉｔｉｖｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｗｉｔｈｔｈｅｐｒｅｍｉｓｅｏｆｎｏｔｉｎｔｅｆｅｒｉｎｒｇａｕｔｈｏｉｚｒｅｄｕｓｅｒｓ，ｃｏｇｎｉｔｉｖｅｕｓｅｒｓｃａｎａｌｓｏｓｈａｒｅｓｐｅｃｔｒｕｍａｎｄｔｒａｎｓｍｉｔｄａｔａｗｉｔｈａｕｔｈｏｉｒｚｅｄｕｓｅｒｓ，ｍａｋｅｔｈｅｓｙｓｔｅｍｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｒａｔｅａｎｄｂｎｄａｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｍａｘｉｍｉｚｅｄ．Ｉｔｐｒｏｐｏｓｅｓａｌｌｉｍｐｍｖｅｄａｌｇｏｉｔｒｈｍｂａｓｅｄｏｎｗａｔｅｒ — ｉｌｆｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄｉｎｃｏｇｎｉｔｉｖｅＯＦＤＭｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｉｓｆｕｌｌｙｔａｋｅｎｉｎｔｏｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ，ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅ

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ｓ …．口
论信道容量间的差值，，Ｐ是第个子载波存在授
口一姗口姗认授
用户对授权用户的干扰在一定的门限下，知用户认
的信号在接收端也可以检测出来，二者都可以正常
通信）。本文正是在此基础上提出了一种基于注水算法的资源分配方法，比传统的平均功率分配算相
法系统性能有明显的改善。
１系统模型
此处，我们考虑ＯＤＦＭ—ＣＲ系统的下行链路，图１是认知网络的模型。假定一个小区内基站服务若干个授权用户的同时，又服务Ｋ个认知用户。某个时隙下基站控制中心收到要求通信的认知用户的
一
种基于注水算法的认知ＯＦＭ系统资源分配方法Ｄ
刘鹏飞，卢光跃
（西安邮电学院通信与信息工程学院，陕西西安７０２）１１１摘要：无线频谱紧缺是限制无线通信与服务应用持续发展的瓶颈。在认知无线电系统中，无线认知用户可以智能
ｈＮ … ，Ｋ，Ｋ，＾）且在授权用户使用的子１，ｈ１ｈ２…，，载波（）基站可以得到不影响授权用户通信的上，干扰功率上限（历）根据获得的频谱使用情况、Ｐ，。认
第ｋ个认知用户在第ｎ个子载波上分配的功率，为１０或代表第个子载波是否分配给第ｋ个用户，ｈ是第ｋ个用户在第，个子载波上的信道增益，厂ｚ４
・
１・０
西安
邮
电学
院
学报
２１００年１月
入。在此我们假定认知用户能够正确检测到周围频谱的使用情况（如图２）同时基站可以获得所有示，
是被授权用户使用的子载波编号，ｈ是第ｋ个认知用户在第个子载波上分配的功率，相应地，ｈ是Ｐ，
认知用户在频谱空洞上的信道特性（１ｈ２…，＾１１，，
２１１月００年第１卷第１５期
西安邮电学院学报ＪＲＡＬＯＯＵＮＦＸＩＡＵＮＩＥＩ ’ＮＶＲＳＴＹＯ０ＦＰＡＮＤＴＬＣＭＭＵＮＩＡＩＳＥＥＯＣＴＯＮ
Ｊｎ２１ａ．００Ｖｏ．５Ｎｏ１１１．
地感知周围环境，索可用频谱资源，搜并进行动态的频谱接入，从而提高通信系统容量和频谱利用率。本文介绍了
一
种基于注水算法的认知ＯＤ系统的无线资源分配算法，ＦＭ并通过仿真表明相比传统的平均功率分配算法，系统
吞吐量有明显提高。
关键词：注水算法；认知无线电；资源分配；ＦＭＯＤ中图分类号：９９７ＴＮ１．２文献标识码：Ａ文章编号：０７２４２１）１０９４１０ —３６｛０００ —００ —０
一
了提高频谱利用率，认知无线电技术（ＲＣｇｉｖＣ，ｏｎｉｔｅＲｄ）－Ｊａｉ［３ｏ２引起了人们极大的关注。认知无线电的出发点是具有认知功能的无线通信设备可以按照某种“ 伺机的方式（ｐｏｔｎｔｙ ” ＯｐｒｉｉＷａ）工作在已授权ｕｓｃ的频段内。在认知网络中，认知用户需要尽可能快地检测授权用户使用频谱的状况，通过改变自身系统参数（如频率、时间、发射功率、调制方式等）来很好地利用频谱资源。ＯＤ技术［５相对于其他传输技术的优势ＦＭ４３－
系统进行的。
在前期的研究中，认知用户只能使用特殊的频段（即授权用户未使用的频段，被称之为频谱空洞），例如Ｔ．ｉ和ＦＪｎｒ［提出的频谱池方案。Ｗｅｓｓ．ｏｄａ６ｌＪ但最近的研究显示］这种方案在检测弱信号时有，定的难度。在此，我们通过自适应调节发射功率和调制方式，使认知用户和授权用户能够同时在相同的频段上工作，并且二者相互不影ｎｔ（ｌ８即认知￣］
在于可以灵活地分配子载波，在下一代通信中具有广泛的应用前景。认知用户所使用的频带并不是固
定分配的，随机变化的，可能是不连续的，是并而
ＯＦＭ正好可以通过自适应技术灵活地分配子载Ｄ
波控制其功率。因此ＯＤ易于与认知无线电ＦＭ
是子载波带宽，是高斯白噪声的功率谱密度，Ｎ０ｒ
是信道的ＳＲ差额［（ＮＡ）它表示采用一Ｎ９ＳＲＧＰ，】
定调制方式和误码率下，所能达到的信道容量与理
知用户信道特性、干扰功率上限信息，基站控制中心在下行链路完成子载波和功率的合理分配。
系统结合，本文的研究正是在针对Ｃ —ＯＨ）而ＲＭ
引言
随着无线通信的不断发展，频谱资源的缺乏已成为无线通信研究过程中不得不面临的问题。现有的频谱分配方法多采用固定分配的方式，虽然管理
非常简单，其频谱利用率低。ＦＣ的报告显但Ｃ示［大约７％已分配的频谱未被很好的利用。为 ¨，０
收稿日期：０９～０ —０２０９８
请求后，即开始对周围的频谱进行检测，然后伺机接
基金项目：教育部新世纪优秀人才支持计划（ＣＴ８０９）ＮＥ一０ — ８１作者简介：刘鹏飞（９３，，１８一）男山东威海人，西安邮电学院通信与信息工程学院硕士研究生；卢光跃（９１）男，１７一，河南南阳人，西安邮电学院通信与信息工程学院教授，，生导师。博士硕士