武警遼寧省總隊鐵嶺市支隊司令部通信股 柳 晶

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MA準則下低復雜度動態(tài)資源分配算法研究

武警遼寧省總隊鐵嶺市支隊司令部通信股 柳 晶

【摘要】隨著用戶對通信質(zhì)量要求的快速上升，針對一種應用于短波通信中的OFDM動態(tài)資源分配算法存在的運算時間長的問題，提出了MA準則下的改進動態(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上進行比特分配，并采取Fischer算法的分配方式進行功率分配。仿真實驗結(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算的復雜度，提高了動態(tài)資源分配的效率。

【關鍵詞】OFDM；最小誤碼率準則；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、航海等領域得到廣泛應用［2］。在OFDM技術［3］應用到短波通信的基礎上，引進動態(tài)資源分配技術，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］運用到文獻［6］提出算法的比特調(diào)整過程中，運算量大大降低，運算時間縮短。

1　改進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［6］提出了改進。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行調(diào)整，迭代次數(shù)多，計算量大，算法時間長。針對以上問題，文獻［6］算法對其進行了改進，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)整時采用變步長進行比特調(diào)整，減少了計算量，加快了運算速度。

其算法原理如下：

（1）初始比特分配：

a.計算第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的比特數(shù)為ci，當，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，都需要計算和比較所有子信道上能量的改變量，當進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，進行比特調(diào)整；當進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，進行比特調(diào)整，存在大量的計算和排序工作，使得算法復雜度較高，運算時間較長。

2　MA準則下的改進算法

針對不足，本文提出了改進的方法，改進的思想就是把基于分類排序的思想應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算次數(shù)，減少運算量，縮短運算時間。

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。

改進算法步驟如下：

（1）子信道排序編號：

假設系統(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關系。

（2）初始比特分配：

a.計算出第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.把相同比特數(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組中的比特數(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行比較得出最大的記為P。然后，計算第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關系，找到需要調(diào)整子信道的原來位置，進行比特和功率的調(diào)整。

（5）結(jié)束

以上就是改進算法的步驟，從改進中可以看出，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，下面就從復雜度方面對兩種算法就行仿真對比分析。

3　改進算法仿真分析

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　改進算法和原算法的運行時間比較

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

4　結(jié)論

本文提出了MA準則下的改進動態(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上進行比特分配，并采取Fischer算法的分配方式進行功率分配。仿真實驗結(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算的復雜度，提高了動態(tài)資源分配的效率。

參考文獻

［1］胡中豫.現(xiàn)代短波通信［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2003：1-7.

［2］汪自清.高速率短波OFDM系統(tǒng)的關鍵技術研究與實現(xiàn)［D］.南京：南京航空航天大學，2011.

［3］楊昉，何麗峰，潘長勇.OFDM原理與標準-通信技術的演進［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2013：25-26.

［4］張冬梅，徐友云，蔡躍明.OFDMA系統(tǒng)中線性注水功率分配算法［J］.電子與信息學報，2007，29（8）.1286-1289.

［5］H.BolcskeI，R.W.Heath， Jrand A.J.Paulraj.“Blind channel identification and equalization in OFDM based multi-antenna systems.Adaptive Systems for Signal Processing，Communicationsand Control Symposium”2000.AS-SPCC. The IEEE 2000 1-4 Oct.2000：58-63.

［6］R.F.H.FischerandJ.B.Huber，“A New Loading Algorithm for Discrete Multitule Transmission”， IEEE Proc.GLOBECOM’96， London，1996：724-728.

［7］李剛.OFDM自適應技術優(yōu)化與仿真研究［D］.重慶：重慶理工大學電子信息與自動化學院，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11級，現(xiàn)供職于武警遼寧省總隊鐵嶺市支隊司令部通信股，研究方向：網(wǎng)絡技術。