MA準(zhǔn)則下低復(fù)雜度動態(tài)資源分配算法研究

武警遼寧省總隊(duì)鐵嶺市支隊(duì)司令部通信股 柳 晶

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MA準(zhǔn)則下低復(fù)雜度動態(tài)資源分配算法研究

武警遼寧省總隊(duì)鐵嶺市支隊(duì)司令部通信股 柳 晶

【摘要】隨著用戶對通信質(zhì)量要求的快速上升，針對一種應(yīng)用于短波通信中的OFDM動態(tài)資源分配算法存在的運(yùn)算時間長的問題，提出了MA準(zhǔn)則下的改進(jìn)動態(tài)資源分配算法。該算法在給定注水線的情況下，一次去除不合格的子信道，然后在基于指數(shù)形式的近似誤碼率公式基礎(chǔ)上進(jìn)行比特分配，并采取Fischer算法的分配方式進(jìn)行功率分配。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在不影響誤碼率的情況下降低了功率分配方案運(yùn)算的復(fù)雜度，提高了動態(tài)資源分配的效率。

【關(guān)鍵詞】OFDM；最小誤碼率準(zhǔn)則；MA；動態(tài)資源分配

短波通信［1］從被發(fā)現(xiàn)以來，就在軍事、航海等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用［2］。在OFDM技術(shù)［3］應(yīng)用到短波通信的基礎(chǔ)上，引進(jìn)動態(tài)資源分配技術(shù)，將會使短波通信具有更高的頻譜利用率、更快的數(shù)據(jù)傳輸速率和更好的數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量。

動態(tài)資源分配就是為了提高系統(tǒng)性能，改變子載波和功率的分配方式既定的信道資源分配方式的局限性，在通信環(huán)境改變的情況下，保證信道質(zhì)量好的子信道得到更多的比特和功率分配。這是注水原理［4］的思想，也是我們動態(tài)資源分配的指導(dǎo)思想。本文提出了基于分類排序思想的比特調(diào)整方法。將分類排序的思想［5］運(yùn)用到文獻(xiàn)［6］提出算法的比特調(diào)整過程中，運(yùn)算量大大降低，運(yùn)算時間縮短。

1　改進(jìn)Campello動態(tài)資源分配算法

針對Campello動態(tài)資源分配算法［7］，文獻(xiàn)［6］提出了改進(jìn)。Campello算法存在一些問題［8］，首先在初始比特分配時沒有考慮誤碼率對比特和功率分配的影響。其次在比特調(diào)整階段，采用單步長逐個比特進(jìn)行調(diào)整，迭代次數(shù)多，計(jì)算量大，算法時間長。針對以上問題，文獻(xiàn)［6］算法對其進(jìn)行了改進(jìn)，在初始比特分配時引入誤碼率，使得在初始比特分配時考慮誤碼率對比特和功率分配的影響，在比特調(diào)整時采用變步長進(jìn)行比特調(diào)整，減少了計(jì)算量，加快了運(yùn)算速度。

其算法原理如下：

（1）初始比特分配：

a.計(jì)算第i個子信道上的SNR：

其中，E（n，i）為信號能量，d2（n，i）為子信道的噪聲方差，H（n，i）為信道傳輸函數(shù)。

b.求出初始比特值：

（2）比特和功率調(diào)整：

記錄子信道i的比特?cái)?shù)為ci，當(dāng)，調(diào)整步長L=1，此時，，否則調(diào)整步長L=2，，，。

（3）結(jié)束。

在每次比特調(diào)整時，都需要計(jì)算和比較所有子信道上能量的改變量，當(dāng)進(jìn)行比特增加時就選擇增加單個比特平均能量增加量最小的子信道，進(jìn)行比特調(diào)整；當(dāng)進(jìn)行比特減少時就選擇減少單個比特平均能量減少量最大的子信道，進(jìn)行比特調(diào)整，存在大量的計(jì)算和排序工作，使得算法復(fù)雜度較高，運(yùn)算時間較長。

2　MA準(zhǔn)則下的改進(jìn)算法

針對不足，本文提出了改進(jìn)的方法，改進(jìn)的思想就是把基于分類排序的思想應(yīng)用到原算法的第二步比特和功率調(diào)整中去。這樣會大大減少搜索排序和運(yùn)算次數(shù)，減少運(yùn)算量，縮短運(yùn)算時間。

分類排序的思想就是，在每次比特調(diào)整時不需要計(jì)算比較所有子信道上功率能量的改變量，只需要把分配相同比特的信道分在一組，在同一組中按照信道增益大小排序。

改進(jìn)算法步驟如下：

（1）子信道排序編號：

假設(shè)系統(tǒng)總共有N個子信道，首先將這N個子信道按照信道增益大小順序排序編號，并建立新的子信道編號和原來子信道初始位置編號之間的對應(yīng)關(guān)系。

（2）初始比特分配：

a.計(jì)算出第i個子信道的SNR：

其中，E（n，i）為第n個OFDM符號，第i個子信道上信號能量，初始時取相同值，為第n個OFDM符號，第i個子信道上的噪聲方差，H（n，i）為第n個OFDM符號，第i個子信道的信道傳輸函數(shù)。這里的第i個子信道表示重新排序以后的第i個子信道。

b.求出初始比特值：

d.把相同比特?cái)?shù)的子信道分在一組，步驟c決定了此時總共分成6組，第6組，第5組一直到第1組中的比特?cái)?shù)分別為8，6，4，2，1，0，分別代表第1組，第2組，一直到第6組中子信道的個數(shù)，，此時有可能會有的分組里的子信道個數(shù)為0。這時記錄子信道在各自組中的順序編號，編號從1開始。

（3）比特和功率調(diào)整：

計(jì)算第2組和第3組中最后一個子信道上減少一個比特，對多余出來的能量進(jìn)行比較得出最大的記為P。然后，計(jì)算第4組、第5組和第6組中最后一個子信道減少2個比特對多余出來的能量進(jìn)行比較得出最大的，并取平均記為，如果，此時調(diào)整步長為1，把p對應(yīng)的那個子信道記為i，放到下一組去，本組子信道數(shù)目編號減去1，下一組子信道數(shù)目編號加1，它在下一組中的編號就是1，下一組其它子信道在本組中的編號都加1。比如，如果減少單個比特平均多余能量最大的子信道在第2組，那么就把它放在第1組中，此時第2組子信道總數(shù)減去1，第一組子信道總數(shù)加1，它在第一組中的編號為1，第一組中其它子信道編號都加1。如果，此時調(diào)整步長為2，同上，把對應(yīng)的那個子信道記為i，放到下一組中去，它在下一組中的編號就是1，下一組中其它子信道在本組中的編號都加1。

由于此時調(diào)整步長L只能為1，所以只需要在第2組和第3組中搜索比較找出減少一個比特的多余能量最大的那個子信道i，子信道搜索比較方法和組別的歸屬與改變同上一步b中調(diào)整步長為1的方法相同，此時：

計(jì)算第1組和第2組中第一個子信道上增加一個比特，所需要增加的能量并比較得出最小的記為P。然后，計(jì)算第3組、第4組和第5組中第一個子信道增加2個比特，所需要增加的能量并比較得出最小的，并將這個能量數(shù)除以2記為如果，此時調(diào)整步長為1，把P對應(yīng)的那個子信道記為i，把它移到上一組最后一個子信道后面去，此時子信道i變成上一組最后一個子信道，本組所有子信道編號都減去1。比如子信道i如果在第1組，那么就把它移動到第2組最后，此時第1組子信道總數(shù)減去1，第2組子信道總數(shù)加1，第1組中其它子信道編號都減去1。如果，此時調(diào)整步長為2，同上，把對應(yīng)的那個子信道記為i，移動到上一組最后，這一組中其它子信道在本組中的編號都減1。

由于此時調(diào)整步長只能為1，所以只需要在第1組和第2組中搜索比較找出增加一個比特，增加能量最小的那個子信道i，子信道搜索比較方法和組別的歸屬和改變同上一步d中調(diào)整步長為1的方法相同，此時：

（4）通過子信道現(xiàn)在的位置編號與原有位置的對應(yīng)關(guān)系，找到需要調(diào)整子信道的原來位置，進(jìn)行比特和功率的調(diào)整。

（5）結(jié)束

以上就是改進(jìn)算法的步驟，從改進(jìn)中可以看出，算法只是減少了循環(huán)迭代次數(shù)，對誤碼率性能并沒有改變，下面就從復(fù)雜度方面對兩種算法就行仿真對比分析。

3　改進(jìn)算法仿真分析

仿真參數(shù)如下：

載頻：5MHz

帶寬：6.45kHz

子載波間隔：50Hz

循環(huán)前綴：5ms

符號周期：25ms

信道模型是3徑的Watterson信道，加性高斯白噪聲，軟件為Matlab2007。仿真結(jié)果如圖1所示：

圖1　改進(jìn)算法和原算法的運(yùn)行時間比較

通過圖1給出兩種算法在運(yùn)行時間上的差異，仿真結(jié)果顯示，改進(jìn)算法比原算法平均運(yùn)行時間縮短了35.3%。

4　結(jié)論

本文提出了MA準(zhǔn)則下的改進(jìn)動態(tài)資源分配算法。該算法在給定注水線的情況下，一次去除不合格的子信道，然后在基于指數(shù)形式的近似誤碼率公式基礎(chǔ)上進(jìn)行比特分配，并采取Fischer算法的分配方式進(jìn)行功率分配。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在不影響誤碼率的情況下降低了功率分配方案運(yùn)算的復(fù)雜度，提高了動態(tài)資源分配的效率。

參考文獻(xiàn)

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［7］李剛.OFDM自適應(yīng)技術(shù)優(yōu)化與仿真研究［D］.重慶：重慶理工大學(xué)電子信息與自動化學(xué)院，2011，4.

［8］J.Jang and K.Blee，“Transimit power Adaptation for multiuser OFDM systems”，IEEE.select Areas commun， vol.21.NO.2，F(xiàn)eb.2013：171-178.

作者簡介：

柳晶（1984—）， 女，遼寧鐵嶺人，初級技術(shù)11級，現(xiàn)供職于武警遼寧省總隊(duì)鐵嶺市支隊(duì)司令部通信股，研究方向：網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。