[发明专利]认知OFDMA系统中基于比例公平与干扰约束的功率分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信领域，具体涉及一种认知OFDMA系统中基于比例公平和干扰约束的功率分配方法。

背景技术

认知无线电技术是解决当前频谱资源匮乏、频谱利用率低的关键技术。在认知无线电中，认知用户通过动态地调整发射功率、频率和调制方式等参数，在不干扰授权用户的前提下使用空闲的频段，从而有效地提高了频谱的利用效率。正交频分复用接入(OFDMA)技术是目前公认的易于实现频谱资源控制的传输技术。OFDMA技术能够通过频谱的组合与裁剪灵活地在用户间分配系统资源，这使得它可以和认知系统很好地结合起来。在认知OFDMA系统中，如何在满足各种约束条件(干扰约束、比例公平约束、总功率约束等)的前提下，有效地将资源(载波、功率等)合理地分配给各个认知用户，成为了提高认知OFDMA系统性能的关键。

现有的资源分配方法主要分为两大类：静态的资源分配法(见“MultiuserOFDM，”in IEEE International Symposium on Signal Processing and itsApplications，1999)和动态的资源分配法(见“On the Use of Liner Programming forDynamic Subchannel and Bit Allocation in Multiuser OFDM，”in IEEE GLOBECOM，2001)。静态的资源分配法，如TDMA、FDMA等，虽然简单但是由于没有合理地利用认知用户和信道的动态变化信息而使得这种资源分配法的性能受限。相反，动态的分配资源法则可以合理地利用认知用户间的分集增益而使性能比静态的资源分配法有很大的提高，因而得到了很大的关注。目前关于认知OFDMA系统的动态资源分配方法有很多，但是基本存在两个问题，一是算法比较复杂，不适合于工程运用；二是很少考虑比例公平的约束，很多工作都集中于考虑整体容量的优化，而忽略了认知用户间的公平性问题。当将认知用户间的公平性约束加入到认知OFDMA系统的资源分配问题中时，问题的复杂度会大大提高。

我们通过对考虑比例公平约束的认知OFDMA系统功率分配问题进行建模分析，利用模型中非线性方程的结构特征进行了合理的简化推导，从而将认知用户间的功率分配问题化简为求单一变量的方程求解过程，大大简化了该问题的求解。同时，对于单用户的载波功率分配，为了克服传统的注水算法需要迭代计算获得一个合理的注水门限的缺陷，我们提出了一种建立在载波信噪比排序基础上的快速注水算法，该算法可以一步获得注水门限。忽略载波信噪比排序的计算复杂度(该过程可以在载波分配的过程中实现)，该快速注水算法的复杂度为O(N)，仅相当于传统注水算法一次迭代的复杂度。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提出一种认知OFDMA系统中基于比例公平和干扰约束的功率分配方法。

认知OFDMA系统中基于比例公平与干扰约束的功率分配方法的步骤如下：

1)对如下变量进行初始化，P_k，total＝0，R_k，fixed＝0，Ω_k，left＝Ω_k，for k＝2，3，...，K，其中P_total表示总的功率约束值，表示当前的总功率约束值，P_k，total表示分配给第k个认知用户的功率，Ω_k表示分配给第k个认知用户的载波集合，Ω_k，fixed表示属于第k个认知用户的固定速率的载波集合，Ω_k，left表示Ω_k中除去Ω_k，fixed中的元素后剩下的元素集合，K为认知用户个数；

2)根据认知用户速率的比例公平因子γ₁∶γ₂...∶γ_K、Ω_k，left中的载波信道噪声比、当前的固定速率R_k，fixed以及当前的总功率计算出分配给各认知用户的功率P_k，total；

3)各认知用户根据分得的功率值P_k，total，利用快速注水法对Ω_k，left中的载波进行功率分配；