一種基于注水算法的認(rèn)知OFDM系統(tǒng)資源分配方法

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1、2010年1月西安郵電學(xué)院學(xué)報Jan.2010第15卷第1期JOURNALOFXI’ANUNIVERSITYOFPOSTSANDTELECOMMUNICATIONSVol115No11一種基于注水算法的認(rèn)知OFDM系統(tǒng)資源分配方法劉鵬飛,盧光躍(西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院,陜西西安710121)摘要:無線頻譜緊缺是限制無線通信與服務(wù)應(yīng)用持續(xù)發(fā)展的瓶頸。在認(rèn)知無線電系統(tǒng)中,無線認(rèn)知用戶可以智能地感知周圍環(huán)境,搜索可用頻譜資源,并進行動態(tài)的頻譜接入,從而提高通信系統(tǒng)容量和頻譜利用率。本文介紹了一種基于注水算法的認(rèn)知OFDM系統(tǒng)的無線資源分配算法,并通過仿真表明相比傳統(tǒng)

2、的平均功率分配算法,系統(tǒng)吞吐量有明顯提高。關(guān)鍵詞:注水算法;認(rèn)知無線電;資源分配;OFDM中圖分類號:TN919.72文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1007-3264(2010)01-0009-04系統(tǒng)結(jié)合,而本文的研究正是在針對CR-OFDM引言系統(tǒng)進行的。在前期的研究中,認(rèn)知用戶只能使用特殊的頻隨著無線通信的不斷發(fā)展,頻譜資源的缺乏已段(即授權(quán)用戶未使用的頻段,被稱之為頻譜空洞),[6]成為無線通信研究過程中不得不面臨的問題?，F(xiàn)有例如T.Weiss和F.Jondral提出的頻譜池方案。[7]的頻譜分配方法多采用固定分配的方式,雖然管理但最近的研究顯示,這種方案在檢測弱信

3、號時有非常簡單,但其頻譜利用率低。FCC的報告顯一定的難度。在此,我們通過自適應(yīng)調(diào)節(jié)發(fā)射功率[1]示,大約70%已分配的頻譜未被很好的利用。為和調(diào)制方式,使認(rèn)知用戶和授權(quán)用戶能夠同時在相[8]了提高頻譜利用率,認(rèn)知無線電技術(shù)(CR,Cognitive同的頻段上工作,并且二者相互不影響(即認(rèn)知[2-3]Radio)引起了人們極大的關(guān)注。認(rèn)知無線電的用戶對授權(quán)用戶的干擾在一定的門限下,認(rèn)知用戶出發(fā)點是具有認(rèn)知功能的無線通信設(shè)備可以按照某的信號在接收端也可以檢測出來,二者都可以正常種“伺機的方式(OpportunisticWay)”工作在已授權(quán)通信)。本文正是在此基礎(chǔ)上提出

4、了一種基于注水的頻段內(nèi)。在認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中,認(rèn)知用戶需要盡可能快算法的資源分配方法,相比傳統(tǒng)的平均功率分配算地檢測授權(quán)用戶使用頻譜的狀況,通過改變自身系法系統(tǒng)性能有明顯的改善。統(tǒng)參數(shù)(如頻率、時間、發(fā)射功率、調(diào)制方式等)來很好地利用頻譜資源。1系統(tǒng)模型[4-5]OFDM技術(shù)相對于其他傳輸技術(shù)的優(yōu)勢在于可以靈活地分配子載波,在下一代通信中具有此處,我們考慮OFDM-CR系統(tǒng)的下行鏈路,廣泛的應(yīng)用前景。認(rèn)知用戶所使用的頻帶并不是固圖1是認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的模型。假定一個小區(qū)內(nèi)基站服務(wù)定分配的,是隨機變化的,并可能是不連續(xù)的,而若干個授權(quán)用戶的同時,又服務(wù)K個認(rèn)知用戶。某OFDM正好可以通

5、過自適應(yīng)技術(shù)靈活地分配子載個時隙下基站控制中心收到要求通信的認(rèn)知用戶的波并控制其功率。因此OFDM易于與認(rèn)知無線電請求后,即開始對周圍的頻譜進行檢測,然后伺機接收稿日期:2009-09-08基金項目:教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計劃(NCET-08-0891)作者簡介:劉鵬飛(1983-),男,山東威海人,西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院碩士研究生;盧光躍(1971-),男,河南南陽人,西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院教授,博士,碩士生導(dǎo)師?！?0·西安郵電學(xué)院學(xué)報2010年1月入。在此我們假定認(rèn)知用戶能夠正確檢測到周圍頻是被授權(quán)用戶使用的子載波編號,pkn是第k個認(rèn)知譜的使

6、用情況(如圖2示),同時基站可以獲得所有用戶在第n個子載波上分配的功率,相應(yīng)地,pkn′是認(rèn)知用戶在頻譜空洞上的信道特性(h11,h12,?,第k個認(rèn)知用戶在第n′個子載波上分配的功率,ρknh1N,?,hK1,hK2,?,hKN),且在授權(quán)用戶使用的子為1或0代表第n個子載波是否分配給第k個用戶,載波(n′)上,基站可以得到不影響授權(quán)用戶通信的hkn是第k個用戶在第n個子載波上的信道增益,Δf干擾功率上限(pth)。根據(jù)獲得的頻譜使用情況、認(rèn)是子載波帶寬,N0是高斯白噪聲的功率譜密度,Γn′[9]知用戶信道特性、干擾功率上限信息,基站控制中心是信道的SNR差額(SN

7、RGAP),它表示采用一在下行鏈路完成子載波和功率的合理分配。定調(diào)制方式和誤碼率下,所能達到的信道容量與理論信道容量間的差值,pth是第n′個子載波存在授n′權(quán)用戶時的功率干擾上限,Ptotal是基站可供認(rèn)知用戶使用的發(fā)射功率?？梢?認(rèn)知用戶吞吐量最大化可以通過子載波分配ρkn及功率分配pkn來實現(xiàn)。2用戶資源分配的算法鑒于吞吐量最大化問題涉及子載波分配和功率圖1認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)模型分配,二者互相耦合其解難以求出,下面我們給出一種次優(yōu)求解的方法。次優(yōu)求解的方法分為兩步:子載波的分配以及功率的分配。2.1子載波的分配算法此處,先假設(shè)每個認(rèn)知用戶在每個子載波分配