基于遗传算法的SOFDM信道资源动态分配策略

《基于遗传算法的SOFDM信道资源动态分配策略》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、2010年8月中国空间科学技术23第4期ChineseSpaceScienceandTechnology基于遗传算法的SOFDM信道资源动态分配策略杨童(中国空间技术研究院，北京100094)摘要对卫星正交频分复用(SatelliteOrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，SOFDM)传输体制进行信道资源分配时，采用传统定界分类法存在效率较低，功率资源浪费较大等问题。文中提出一种改进的信道资源动态分配新策略，引入生物遗传算法，对信道传输特性进行适应性评估，按照“优胜劣汰，适者生

2、存”的进化原则对信道子载波频率和功率资源进行有效分配。仿真分析结果表明，新策略获得了优于传统定界分类法的效果，在算法运行时间与传统方法基本相当的情况下，采用生物遗传算法的SOFDM系统能够更加合理地分配系统频率资源，使系统功率资源产生约ldB的增益，并有效降低系统误包率。关键词动态信道分配遗传算法子载波分配无线通信卫星正交频分复用1引言卫星无线信道的信道容量是一个具有时变性的随机变量，要最大限度地充分利用信道容量，就应该使发送信息速率随信道容量而变化，也就是使得编码和调制方式具有一定的自适应性[1]。但是，在传统的无

3、线通信系统中，普遍都是以信道环境为最差时的状态为参考研究对象来设计系统参数，比如各种信道纠错编译码算法和信道估计与均衡方法[2]，这样使得系统中添加了很多冗余信息，即包含了很多用来克服最差条件的开销，它们的存在一定程度上提升了系统的有效性和可靠性。然而，一旦信道环境发生改善，这些开销也依然存在，这样就势必会浪费有限的信道资源，特别是在卫星无线广播通信信道传输环境中，信道资源是非常宝贵的，其主要资源(包括带宽和频率资源)也是十分有限的，必须设法有效充分利用各种有限的信道资源，并对它们进行实时动态分配，这就是信道资源动态

4、分配策略的问题。信道资源动态分配(DynamicChannelResourcesAllocation，DCRA)是一个复杂的多目标综合运筹与优化的课题，其特点在于系统模型规模较大，待求解目标较多，以及算法复杂度较高。因此，提出一种高效的信道资源动态分配策略是卫星无线通信系统发射端需要解决的一个关键技术。2数学模型卫星正交频分复用(SOFDM)传输体制是一种能够把具有时间／频率选择性的宽带信道划分为若干个平坦的窄带信道的一种新型的传输体制，已被下一代卫星移动多媒体广播系统(CMMB)所收稿日期：2009—08—07。收

5、修改稿日期：2010—03—27；!主垦窒间型堂垫查；!!Q生!旦采纳n】，它将成为未来卫星移动多媒体广播信号传输的主要手段之一。CMMB中的SOFDM系统属于一种多载波的通信系统，它的子载波数通常多达数千个，这样才能够应对恶劣的卫星多径衰落信道的影响[4]。根据文献[3]的研究，CMMB中SOFDM系统的载波数量为1024个，这要远远多于地面应用比较成熟的多载波系统(比如在采用IEEE802．1la协议的无线局域网系统中总共只有64个子载波，其中有效子载波数仅为52个[2])。由于越来越多的用户需要高速无线数据业务

6、，如高质量音频、高码速率视频、以及宽带互联网数据业务等，怎样能够在有限的无线频率资源上为更多的用户提供高速无线数据业务的研究就具有十分重要的意义。而SOFDM系统信道分配策略的研究正是为了通过载波资源的优化与重组，更加合理地为各多用户分配子载波频率资源，并尽可能降低系统发射功率，来为更多的用户提供高质量的服务。因此，如何对这些子载波资源进行合理分配，以获得可观的发射功率节省就成为了SOFDM信道资源动态分配策略研究的主要目标和宗旨。记SOFDM系统内最多可以容纳K种用户业务，SOFDM体制调制了N个子载波，并设第k个

7、用户的数据传输速率为Rt。发射前，对K种业务的数据进行子载波和比特分配，这里假设发射机跟踪了每一个用户在所有子载波上面的信道特性信息，定义以，。为第k个用户业务分配到第竹个子载波上面的比特数，由于不允许两个(含)以上用户共享同一个子载波，因此，对于每个子载波来说，有如下约束条件成立：r。．。：』1，愚==七。，愚。∈{K)5(1)“·月210，k≠k。，k∈(o，K一1)u’在时间／频率选择性多径衰落信道中，不同的子载波经历的衰落状况是不同的，定义g如为第k个业务在第咒个子载波上面的信道响应，即信道传输特性函数，fk

8、(r)表示在信道增益等于1，即0dB时(理想低通信道传输特性，相位延时为o)，一个子载波内实现可靠接收r个信息比特所需要接收到的能量，即信噪比(S／N)，由此可知，第k个用户的第挖个子载波的发射功率应为^。一笔}㈣通常情况下，各种无线移动业务都采用信源压缩算法，如图像信源压缩采用的JPEG算法，视频信源压缩采用的MPEG算法，以及音频信源压缩采