一种改进的MIMO-MC-CDMA系统资源分配算法.pdf

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一种改进的MIMO-MC-CDMA系统资源分配算法pdf,一种改进的MIMO-MC-CDMA系统资源分配算法
华南理工大学学报(然科学版) 第37卷 L2>0,Q(k,b,c)=1 k”E¢=arg,minH4) (22) (k,b,c)∈(0.1) (14) 更新9k为 L,<0, k,b,c)=0 4kk·(HH)7 按式(23)重新计算H。)后,能确保码道重新分 b和Q(kb以分别为s和Q(bC的最优解配后用户k占用的码道数增加 定义HbA2)=Cb。(Pkk)-Pb-中k-k由 (2)入的更新方法现有的入更新方法仅依赖前 式14得到 0, H22). 面送代得到的上界入和下界入,围X入1m e(k, b, c) (15) 1,HA2)>。。 因为计算过程中λ和入对应的总发射功率已知,而 式(15)表明第b个了带的第c个码道必须分配给使调整入的巨的是使待其对应的功率为P因此,可采 H122)取得最大值的用户.为表示方便,文中采用更高效的线性拟合方法进行入更新新的入值通过 月和文献/7/中相同的变量替换Ω=Ah)1,求解以下方程得到 11.)重写为 Pnu·∑∑PmkA A 入入 (24) A In2 PK,(e, bca u)-Protal (16) 在初始化时,如果入末知,则入使用指数上升的更新 Pbn (17)方法,即入λ,其中a是一个大于1的正整数 式(17是利用经典灌水算法求解Ckb(PkBc 资源分配算法的具体步骤如下 (1)发送端根据信道参数计算等价空分信道的 得到的最优解,为一个需要寻优的参数,称为水增益,进一步计算y 配给用户k时所产生的吞吐量,第二项表示总发射 2)初始化λ>0,A=Q 功率约東不满足所造成的处罚,其它项表示带宽公 (3)置中=k=0,根据式(16)计算HbA) 平性不满足所产生的处罚.因此,问题的求解可基于 并进行功率和码道的分配;根据式(18)~(23)计算 以下迭代过程:1)确定当前的拉格朗日乘子A,pk, 各用户的{中,9k;重新分配功率和码道,重复该过 由};2)计算HA)并以此为基础进行码道和功率 程直到所有用户满足公平性约束或达到预先设定的 最大迭代次数.得到最终的码道分配为k(b,c).如 分配步骤1)、2)需要在多维空间中搜索A,9,果入。≠0则转步骤(5) 的最优值.计算量很大,直接徬举)搜索不具有 实用性,文中采用如下方法来提高A,A,中}最优 4)粗调λ值如果∑P.c)<m,则 值的搜索速度 A,=,=入,转步骤(3如果∑F以A (1)(,x)的更新方法先设定中→k=0 并计算HA),以此HA)为基础进行码道 >P1u,则入=入 和功率分配.令M和B分别表示分配给用户k的 (5)细调λ值基于式(24)更新λ值,如果 码道数和码道集合.如果Mk>kma,则 (b, c,bc 入)<P,则入1-入,否则入-入 ( b, c)=arg m H2bcn) (18) 如果|入-入|<为预先设定的小正数),则 k, 6, c=arg max H, a) (19) 迭代结束,否则转步骤(3) k≠k{bc}∈B 更新中为 仿真实验 中=中+Hkba-Hk.b托 (20) 式中芝为预先设定的正常数;{,c/表示所有用户 仿真中考虑2ΣMMO信道,信道参数的产生 k占用的码道中具有最小吞吐量的码道:{kbC表方法和文献[7相同,即每个多径信道的增益由瑞 利分布产生,但其包络随多径距离指数衰减系统中 示所有不被用户k占用的码道中具有最大吞吐量的共有128个子载波,分为8个子带,每个子带包含16 码道.式(20)使用户k的φ值增加.并且重新计算 个子载波用户数据经过长度为16的 Walsh.码扩频 H1。A)后,能确保码道重新分配后用户k占用的 码道数必定下降.k可以利用相同的方法更新,若 后,调制一个子带.总的发射功率为Pta1=13dBm 信噪比为18dB M①kmn,则计算 首先考察改进 MC-CDMA算法的性能,实验结 B,G}= argma。入) (21) 果见图1,其中Qkm=1,Qkm=32由图1可知,文 C1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. hulp: / 第10期 黄云飞等:一种改进的 MMOC-EDMA系统资源分配算法 23 中改进MC∽DM算法较传统MC∽DMA算法显著户占用的码道数,在用户数少时资源没有完全被占 增大了吞吐量;改进MCαDMA算法的性能优于用,而 MaxMin公平性准则中任何时候资源都被占 OFMA算法,主要原因是在 OFDMA系统的资源用,但实际上当用户带宽达到了一定程度,继续提高 分配中,用户要占用整个子带,而仨改进 MC-CDMA带宽对用户使用感觉的提升并不明显,因此没有必 系统屮,用户分配子带后,可能只占用子带屮的部分要将资源全部分配岀去;在用户数较多时文中公平 扩频码,因此可实现更高效的分配.需要指岀的是,性约末的性能较好,这主要是因为文屮算法在淸足 文中算法性能的提升是以计算量的增加为代价.和用户的基本带宽要求后,将资源分配给信道状态好 传统MCΦDMA算法相比,每次迭代的灌水算法的用户,因而可获得较高的吞吐量 (见式(17))中,由于增加了子带搜索,计算量是 图3给出了文中算法和文献[7中算法的收敛 传统 MC-CDMA算法的M倍.由式(17)可以看到特性曲线,其中K=8,=1Q由图3可知,文中算法 同一子带中的不同码道有相同的功率,因此癯水算虽然在迭代过程中增加了(φ,φk)的搜索,但仍提 法的计算量可以简化,即同一子带中只需计算一个高了收敛速度 码道的功率,其它码道的功率值相同.简化后实际上 只需计算每个子带中每个用户的灌水功率 9.5 10 FOOC 8.5 10 7.5 10 6.5 10 文中算法 文献[中算法 改进MC-CDMA算法 O- OFDMA算法 10 口一传统ⅵC-CDMA算法 3.5 迭代次数 2 图3两种算法的收敛特性比较 用户数 Fig 3 Convergence p roperty comp arison beteen to algorithm s 图1改进前后的 MC-CMA及OFMA算法的吞吐量比较 Throughput comparison among imp ioved and original MC-CdMA algo rithm s and o fdma algorithm 4结语 然后考察文中算法公平性约束与 Maxmin公平 在发送端总发射功率受限条件下,文中提出了 性准则(最大化最小用户占用的码道数)4的性能,一种改进的 MMOMC-CDMA系统资源分配算法及 实验结果如图2所示. 公平性约束条仵,在子带、码道和功率三维空间中进 行资源优化分配.仿真结果表明,文中算法较现有算 法显著增大了吞吐量,并提高了收敛湅度. 参考文献 [1 Gui Xiang Ng Tung Sang Perfomance of async orthogonal multicarrier CDMA system in frequency selec- 7.5 囗一文屮公平性约東 tive fading channel[J」止上 E Tran sactions on Communi- Max-Min公平性准则 ca tions,1999,47(7):1084-1091 [2 JunttiM, Vehkapera M, Leinonen J, et al M MO MC-aD 68 MA commun ications for future cellular systems [J]. IEEE 用户数 Communications Magazine, 2005, 43(2): 118-124. 图2两种用户公平性约束的性能比较 13 A sadullah MM g, stuber GL. Joint iterative channel esti- Fig 2 Perfomance camparison beween to user faimess mation and soft-chip combining for a M MO MC-ama anti- jan systam [J IEEE Transactions on Communica con strain ts ions,2009,57(4):1068-1078 由图2可知,在用户数较少时, Maxmin公平性[4]Rhew, C ioffi J M. Increa se in cap acity of multiuser 准则的性能较好,这主要是因为文中算法限制了用 OFDM system using dynam ic subchannel allocation [C]/ C1994-2010chinaAcademicjournalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhulp://www.cnki.nel 24 华南理工大学学报(然科学版) 第37卷 Proc of the 5l st Vehicular Techno bgy Conference Tokyo rence Texas: IEEE. 2004: 3726-373 1 正EE,2000:1085-1089 [7 LO E S, Chan P W C, LauV KN, et al A dap tive resource [5 Kim Hoon, Han Youngnam a proportional fair scheduling allocation and cap acity comparison of downlink multiuser formulticarrier tran m ission systems [J]. IEEE Commu M MOMCCDMA and M M0OFDMA []. EEE Trans nica tions Letters, 2005. 9 (3): 210-212 on w ire less Communications, 2007, 6(3): 1083-1093 [6 Zhu Han, Zhu Ji, Liu K J R Low-comp lexity OFDMA [8] Yu Wei Competition and cooperation in multi-user com- channel a lloca tion with nash barga ining so lution faimess munication envioments [D]. Pab alt: Dep t Electonics [C]/ PIoc of IEEE Global Telecommunications Confe Engineering, Stanford U niversity, 2002 An Im proved Resource a lloca tion A lgor ithm for M IMO-MC CDMA System s Huang yun-fei Pan Wei-qiang Chen Fang-jiong Wei gang School of Electronic and Ifo mation Engineering, South China University of Techno logy, Guangzhou 510640, Guangdong, China) Abstract: Under the constraint of to tal tranm ission power at the sender, this paper proposes a resource allocation a lgorithm for M MOMC-CDMA system s h this algorithm, the system throughput is op tm ized by assign ing the power, the sub-bands and the code channels among users, and the bandw id th faimess is mp lemen ted by lm iting the maxmum and m inmum occup ied code channels of all users The thoughput maxm ization p oblem is modelled as a con stra ined op tim iza iton p ob lem, which is so lved by the Lagrange multip lier method Simulated re sults show that, as compared with the existing a lgorithms, the p roposed algorithm significantly increa ses the thoughput and acce le ra tes the convergence Key words: re source a lbca tion; multi-carrier CDMA system; Lagrange multi lier 责任编辑:许花桃 接第19页) [10]陶然,齐林,王越.分数阶 Fourier变换釣原理与应用 tion of the fractional Fourier transfom [J]. EEE [M]北京:清华大学出版社,2004:111-113 Tran sactions on Signal Pmcessing, 1996, 44(9): 2141 [11 Ozak las H M, Arikan o, Kulay M a digital comput 2150 Multiplex Tran m ission of Chirp Signals and Con tenuous Carrier signa ls Wen Rong-hui Sha Xuejun Guo Pei Schoo l of elec tronic and fomation Engineering, Harbin lnstitute of Techno bgy, Harb in 150001, Heibngjiang, China) Abstract: Based on the excellent energy concentration perfomance of cosine and Chirp signals in the frequency do- main and the fractional Fourier tran sfo m( FrFT)dom a in, a commun ication system for frequency band reuse is de signed This system trang its multp lex B Psk signals respective ly with cosine and Chip signals as carriers within the same bandw id th, and perfo m s the co rre sponding FrFT in the rece iver b concen tra te energies right aound the peak of outut Moreover, the carrier signals in a narrowband are filtered in the FrfT domain, and are then demo dulated in the time dom ain after an inverse FrFT Simula ted results show that the p roposed system is of better anti in te rference perfo mance, as compared w ith the systen only using cosine signals Key words: frequency band reuse: frac tional Fourier tran som; carrier signal; Chip signal 201994-2010ChinaAcademicJournalElectronicpUblishingHouseAllrightsreservedhlp/www.cnkinet

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