论文研究-中继OFDMA系统容量公平资源分配算法研究.pdf

所需积分/C币:12 2019-09-12 13:01:52 572KB .PDF

针对OFMDA解码-转发中继系统的资源分配问题,提出了一种以系统总功率和用户间的数据速率比例公平为约束条件,以最大化系统总速率为目标的资源分配算法。该资源分配问题为非线性最优化问题,联合求解所有变量复杂度很高,通过次优化的方法降低计算复杂度。算法包括:子载波分配和功率分配。子载波分配是以功率平均分配为前提,对基站-中继站和中继站-用户链路的子载波按照信道条件进行配对,并根据比例公平约束将配对的子载波分配给相应的用户。功率分配是对每个用户利用Lagrange方法调整每个子载波的功率,进一步提高系统的数据速率。算法仿真分析表明,该算法既能同时满足多用户不同数据速率的要求,又能提高系统的数据速率。
万庆涛,马冠一:中继 OFDMA系统容量公平资源分配算法研究 2011,47(8) 23 数据速率,需根据信道增益重新进行功率分配。功率分配过程率均为P/2N。 如下:首先确定每个用户的功率,假设每个用户获得的功率与其 (5)顺序分配+平均功率1:了载波末配对每个了载波的 分配的子载波数成正比;然后对每个用户的子载波分别进行功率为P2N,按顺序进行子载波进行分配 功率分配,根据等效链路的信道状态信息利用注水功率分配5,1系统睿量与SNR的关系曲线 调整每个等效链路的功率,然后根据公式(4)可以得到S和R 仿真条件:带宽B=1MHz,」载波数N=64,用户数 分别在每个子我波的最佳功率,进步提高系统的数据容量。K-4。SR和RD的距离均为1。R和D均为6径 Rayleigh 针对用户k,假设其子载波对数目为M,对应的SR和RD衰落信道。平均信噪比SNR=PNB,SNR=-10-20dB。采 链路子载波的信道增益分别为h,m,,对应的等效信道用1000仿真结果取平均。 增益为h,,对应功率为P,用户k的总功率P=PNN。 图2是R1随SNR的变化曲线,与子载波未配对或功率分配 用户k的数据容量为: 的算法相比,本文算法在SNR的变化范围内可获得最大的R,。 R如*Mst2/=D(9)本文算法与顺序分+均功率1相比,R提高约0b Pk.hk. i 由图2可知,子载波对按式(2)的功率调整要比平均功率分配 利用 Lagrange方法计算式(9),对应的 Lagrange函数为 获得更高的数据速率。 图3是公平性随SNR的变化曲线本文算法在SNR=-10-0dB lbl 1+ 2N NB/N ∑P.-P.,(10) 时公平性相对较低,最低为0.994左石。公平性较低的原因 其中λ称为 Lagrange乘子,计算LP=0和aL=0得:是,功率分配在SNR较低时对数据容量的提高明显,功率分配 过程没有考虑比例公平性的因素,公平性稍有降低。 NB/N aM In2 h 5.2系统谷量与用户数K的关系曲线 图4是R随用户数K的变化曲线,其中SNR=20dB。由于 (11) 多用户分集的作用,R随K的增大而增加。本文方案在K不 2Nn2Pk+∑NB/ 同取值下都可以获得最好的系统容量,在SNR=20dB时本文 方案与顺序分配+平均功率1的数据容量差约0.5(b·s-Hz 将式(1)代入式(9)得用户k的数据速率Rk。 本文算法相对于不进行子载波配对和功率分配的方案对系统 SR的了载波x(和RD的了载波x()的功率为: 容量的改善明显。 ,k,x() P 图5是公平性随用户数K的变化曲线,公平性都会随K的 th s,k,丌 了,k,x() (12 増大而稍有降低。随着K的变大用户间比例公平性的可调整 性越来越难,所以公平性略有下降。由图4可知,本文算法的 s.k. r(ir.k, I'l) 数据容量比配对+平均功率1最大约有02(bs)Hz的提高,以 5仿真分析 稍有牺牲公平性获得更高的数据容量是可取的。 仿真分析设计的算法如下 通过以上仿真可知,对于DF方式中继 OFDMA系统,本文算 (1)本文算法:按照提出的子载波分配和功率分配进行资法达到了最人化系统容量的同时保持良好公平性的目的 源分配。 (2)未配对+平均功率1:子载波未配对,所有子载波的功6结语 率相同,按照本文算法进行子载波分配 针对中继 OFDMA解码转发系统,提出了一种次优的资 (3)未配对+平均功率2:子载波末配对,每个子载波对的源分配算法,包括子载波分配和功率再分配。算法以总功率 功率为P∥N,配对的两个子载波进行功率分配,按本文算法和用户数据速率的比例公平为约束条件,以系统的总数据速 进行子载波分配 率最大化为目标。仿真分析可知,本文的资源分配算法可以 (4)配对+平均功率1:子载波进行配对,每个子载波的功获得最高的数据速率,且很好地满足了用户不同的数据速率 3.0 1.001 未配对平均功率1 未配对+平均功率2 25|配对+平均功率1 1.000 本文算法 顺序分配+平均功率 0.999 2.0 0.998 1.5 0.997 未配对+平均功率1 未配对+平均功率 0.99 配对平均功率 0.5 +平均功率1 0.995 0.994 0 10 信噪比 SNR/dB 信噪比 SNRdB 图2系统容量随SNR变化曲线 图3公平性随SNR变化曲线 K-4) 24 2011,47(8) Computer Engineering and Applications计算机工程与应用 2.75 望0.997 40.996 细2 未配对+平均功率1 未配对+平均功率1 未配对+平均功率2 未配对+平均功率2 0.995 一配对+平均功率1 配对平均功率1 2.45 本文算法 本文算法 顺序分配+平均功率1 一顺序分配+平均功率1 0.993 5678910 用户数 用户数 图4系统容量随用户数K的变化曲线 图5公平性随用户数K的变化曲线 (SNR=20 dB, N=64 (SMR=20dB,N=64) 的要求。本文算法的频谱利用率在SNR的变化范围内比顺序 in multiuser OFDM systems with proportional rate constraints [J] 分配+平均功率1方案最大可提高约0.5(b·s)Hz仿真分析 IEEE Trans on Wireless Communications. 2005. 4(6): 2720-2737 表明本文算法是一种切实可行的资源分配方案。后续工作可61 Hammerstrom, Wittneben A On the optimal power allocation for 考虑根据用户的信道状况更加合理地进行用户间的功率分 nonregenerative OFDM relay links[C]EEE ICC, 2006: 4463-4468 配,保证算法公平性的同时提高系统的数据速率。 [7] Herdin MA chunk based OFDM amplify-and-forward relaying scheme for 4G mobile radio systems[C]/IEEE ICC, 2006: 4507-4512 参考文献: [8 Wang w Y, Yan S F, Yang s YOptimally joint subcarrier [1] Kramer G, Gastpar M, Gupta P Cooperative strategies and capacity matching and power allocation in OFDM multihop system[J] theorems for relay networks J]. IEEE Trans Inf Theory, 2005,51 Eurasip Joumal on Advances in Signal Processing, 2008: 1-8 (9):3037-3063. [9] Wang WY,Wu r BCapacity maximization for OFDM two-hop [2] Laneman J N, Tse D N C, Wornell G W Cooperative diversity relay system with separate power constraints. IEEE Trans on in wireless networkS: Efficient protocols and outage behavior[J] Vehicular Technology, 2009. 58(9): 4943-4954 IEEE Trans on Inf Theory, 2005. 50(12): 3062-3080 [10 Lin Y C, Wang WB, Huang L, et al. Resource allocation for [3] Rappaport T S, Annamalai A, Buehrer R M, et al. Wireless com- dual-hop OFDM systcms with multiplc dccodc-and-forward rc munications: Past events and a future perspective[.IEEE Com lays[C]/Vehicular Technology Conference Fall(VTC 2009-Fall munications Magazine, 2002, 40(5): 148-161 2009:|-5 [4] Jang J, Lee K B. TramsInit power adaptaTion for multiuser OFDM [Il] Li h X, Luo h W, Wang X B, et al.Throughput maximization systemsJ].IEEE Journal on Selected Areas in Communications for OFDMA cooperative relaying networks with fair subchar 2003,21(2):171-178 I allocation[C]/IEEE Wireless Comlnunicalions Network [5] Shen Z K, Andrews J G, Evans B L Adaptive resource allocation ing Conference, 2009: 994-999 (上接20页) pling[]J Atmos Ocean Technol, 2006, 23: 228-240 方程,该方程把反射率数据超分辨问题表示为高分辨数据与[6] Li Xuehua, He jianxin, Wang Jiang, et al. A robust capon method 天线方向图函数决定的核函数之间卷积的逆求解问题;提出 Lo improve weather radar range resolution using oversampling[c 了基于截断奇异值分解算法进行逆卷积求解,并利用奇异值 International Conference on Information Engineering and com 截断位置调整来改善反演结果的稳定性。实验结果表眀在信 puter Science, 2009: 1943-1946 噪比较高情况下,通过反演方法可把现有天气雷达反射率数7]张凌,杨硕文刘锦丽,等一种反演雷达波束内不均匀反射率场的 据方位分辨率提高1倍。 方法门遥感学报,1998(5):81-89 8] Farrar MR, Smith F. A Spatial resolution enhancement of terres 参考文献 trial features using deconvolved SSM/I microwave brightness 张培昌雷达气象学[M北京:气象出版社,2001 temperatures[J]. IEEE Trans Geosci Remote Sens, 1992, 30(2) [2 Wood V T, Brown R A, Sirmans D Technique for improving de- tection of WSR-88D mesocyclone signatures by increasing angu [9] Sethmann R, Burns B A, Heygster G C Spatial resolution im lar sampling]. Wea Forecasting, 2001,16: 177-184 provcmcnt of SSM/I data with imagc restoration tcchniqucsJ] [3] Brown R A, Wood V T, Sirmans D Improved tornado detection IEEE Trans Geosci Remote Sens, 1994,32(1): 89-104 using simulated and actual WSR-88D data with cnhanccd rcso- [10 Doviak R J, Zrnic D S Doppler radar and weather observations[MI lution[J].J Aunos Oceanic Technol, 2002, 19: 1759-1771 San diego: Academic Press. 1993 [4] Tores S, Curtis C D Initial implementation of super-resolution data [11] Migliaccio M, Gambardella AMicrowave radiometer spatial res on the NEXRAd network)/23rd Conference on IIPS, 2007 olution enhancement[J]. IEEE Trans Geosci Remote Sens, 2005 [5] Yu T Y Resolution enhancement technique using range oversam 43(5):1159-1169

...展开详情
img
  • 至尊王者

    成功上传501个资源即可获取

关注 私信 TA的资源

上传资源赚积分,得勋章
    最新推荐