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1、2010年1月西安邮电学院学报Jan.2010第15卷第1期JOURNALOFXI’ANUNIVERSITYOFPOSTSANDTELECOMMUNICATIONSVol115No11一种基于注水算法的认知OFDM系统资源分配方法刘鹏飞,卢光跃(西安邮电学院通信与信息工程学院,陕西西安710121)摘要:无线频谱紧缺是限制无线通信与服务应用持续发展的瓶颈。在认知无线电系统中,无线认知用户可以智能地感知周围环境,搜索可用频谱资源,并进行动态的频谱接入,从而提高通信系统容量和频谱利用率。本文介绍了一种基于注水算法的认知OFDM系统的无线资源分配算法,并通过仿真表明相比传统
2、的平均功率分配算法,系统吞吐量有明显提高。关键词:注水算法;认知无线电;资源分配;OFDM中图分类号:TN919.72文献标识码:A文章编号:1007-3264(2010)01-0009-04系统结合,而本文的研究正是在针对CR-OFDM引言系统进行的。在前期的研究中,认知用户只能使用特殊的频随着无线通信的不断发展,频谱资源的缺乏已段(即授权用户未使用的频段,被称之为频谱空洞),[6]成为无线通信研究过程中不得不面临的问题。现有例如T.Weiss和F.Jondral提出的频谱池方案。[7]的频谱分配方法多采用固定分配的方式,虽然管理但最近的研究显示,这种方案在检测弱信
3、号时有非常简单,但其频谱利用率低。FCC的报告显一定的难度。在此,我们通过自适应调节发射功率[1]示,大约70%已分配的频谱未被很好的利用。为和调制方式,使认知用户和授权用户能够同时在相[8]了提高频谱利用率,认知无线电技术(CR,Cognitive同的频段上工作,并且二者相互不影响(即认知[2-3]Radio)引起了人们极大的关注。认知无线电的用户对授权用户的干扰在一定的门限下,认知用户出发点是具有认知功能的无线通信设备可以按照某的信号在接收端也可以检测出来,二者都可以正常种“伺机的方式(OpportunisticWay)”工作在已授权通信)。本文正是在此基础上提出
4、了一种基于注水的频段内。在认知网络中,认知用户需要尽可能快算法的资源分配方法,相比传统的平均功率分配算地检测授权用户使用频谱的状况,通过改变自身系法系统性能有明显的改善。统参数(如频率、时间、发射功率、调制方式等)来很好地利用频谱资源。1系统模型[4-5]OFDM技术相对于其他传输技术的优势在于可以灵活地分配子载波,在下一代通信中具有此处,我们考虑OFDM-CR系统的下行链路,广泛的应用前景。认知用户所使用的频带并不是固图1是认知网络的模型。假定一个小区内基站服务定分配的,是随机变化的,并可能是不连续的,而若干个授权用户的同时,又服务K个认知用户。某OFDM正好可以通
5、过自适应技术灵活地分配子载个时隙下基站控制中心收到要求通信的认知用户的波并控制其功率。因此OFDM易于与认知无线电请求后,即开始对周围的频谱进行检测,然后伺机接收稿日期:2009-09-08基金项目:教育部新世纪优秀人才支持计划(NCET-08-0891)作者简介:刘鹏飞(1983-),男,山东威海人,西安邮电学院通信与信息工程学院硕士研究生;卢光跃(1971-),男,河南南阳人,西安邮电学院通信与信息工程学院教授,博士,硕士生导师。·10·西安邮电学院学报2010年1月入。在此我们假定认知用户能够正确检测到周围频是被授权用户使用的子载波编号,pkn是第k个认知谱的使
6、用情况(如图2示),同时基站可以获得所有用户在第n个子载波上分配的功率,相应地,pkn′是认知用户在频谱空洞上的信道特性(h11,h12,⋯,第k个认知用户在第n′个子载波上分配的功率,ρknh1N,⋯,hK1,hK2,⋯,hKN),且在授权用户使用的子为1或0代表第n个子载波是否分配给第k个用户,载波(n′)上,基站可以得到不影响授权用户通信的hkn是第k个用户在第n个子载波上的信道增益,Δf干扰功率上限(pth)。根据获得的频谱使用情况、认是子载波带宽,N0是高斯白噪声的功率谱密度,Γn′[9]知用户信道特性、干扰功率上限信息,基站控制中心是信道的SNR差额(SN
7、RGAP),它表示采用一在下行链路完成子载波和功率的合理分配。定调制方式和误码率下,所能达到的信道容量与理论信道容量间的差值,pth是第n′个子载波存在授n′权用户时的功率干扰上限,Ptotal是基站可供认知用户使用的发射功率。可见,认知用户吞吐量最大化可以通过子载波分配ρkn及功率分配pkn来实现。2用户资源分配的算法鉴于吞吐量最大化问题涉及子载波分配和功率图1认知网络模型分配,二者互相耦合其解难以求出,下面我们给出一种次优求解的方法。次优求解的方法分为两步:子载波的分配以及功率的分配。2.1子载波的分配算法此处,先假设每个认知用户在每个子载波分配
