一种OFDM系统中的功率和速率自适应分配方法技术方案

本发明专利技术提供一种OFDM系统中的功率和速率自适应分配方法，包括如下步骤：步骤1，利用二分法最大化OFDM系统的信噪比差额Γ，在最大信噪比差额Γmax的基础上，使用灌水法得到非整数速率下的最优功率分配；利用该最优功率分配计算得到相应的非整数速率分配；步骤2，在所得非整数速率下的最优功率分配下将所得非整数速率调整为整数，得到整数速率分配；步骤3，依据得到的整数速率分配，调整得到的非整数速率下的最优功率分配，得到整数速率下的功率分配。本发明专利技术通过引入信噪比差额Γ，将关于最小化误比特率的复杂优化问题转化为最大化Γ值的问题，在总功率和总比特速率的约束条件下，通过分配速率和功率使得系统误比特率最小。

An Adaptive Power and Rate Allocation Method for OFDM Systems

The invention provides an adaptive power and rate allocation method in an OFDM system, which includes the following steps: step 1, maximizing the signal-to-noise ratio difference_of the OFDM system by dichotomy, using irrigation method to obtain the optimal power allocation at non-integer rate based on the maximum signal-to-noise ratio difference_max, and using the optimal power allocation calculation to obtain the corresponding non-integer rate allocation; 2. Under the optimal power allocation at the non-integer rate, the non-integer rate is adjusted to an integer to get the integer rate allocation. Step 3, according to the integer rate allocation, the optimal power allocation at the non-integer rate is adjusted to get the power allocation at the integer rate. By introducing the signal-to-noise ratio difference_, the complex optimization problem of minimizing bit error rate is transformed into the problem of maximizing the value_. Under the constraints of total power and total bit rate, the system bit error rate is minimized by allocating the rate and power.

【技术实现步骤摘要】
一种OFDM系统中的功率和速率自适应分配方法
本专利技术属于无线通信
，具体涉及一种OFDM系统中的功率和速率自适应分配方法。
技术介绍
正交频分复用(OFDM)的基本原理是将一路高速数据流分配到速率较低的多个正交子载波上进行传输，从而将宽带传输转化成并行的窄带传输，可以有效对抗多径时延扩展带来的频率选择性衰落。然而，对于所有子载波都使用相同调制方式的OFDM系统来说，其误比特率(BER)主要是由衰落最严重的子载波决定。因此，在频率选择性衰落信道中，随着信噪比(SNR)的增加，OFDM系统的BER下降十分缓慢。这一问题一般可以通过对OFDM系统内不同子载波采用不同的调制方式，以及给它们分配不同的功率加以解决。在已有的研究成果中，资源分配的目标主要有两种，第一种是最大化速率，第二种是最小化误比特率，后一种相比前一种更适合在实际系统中使用。因此，CarloMutti等人在文章“BitandPowerLoadingProceduresforOFDMSystemwithBit-InterleavedCodedModulation”中提出了一种基于正方形星座图M-QAM调制的功率和比特分配方案，在给定调制方式的情况下，该方案可以得到最优的功率分配，但要求在各子载波上传输的比特数必须为偶数的整数倍。PeterS.Chow等人在文章“APracticalDiscreteMultitoneTransceiverLoadingAlgorithmforDataTransmissionoverSpectrallyShapedChannels”中提出了一种快速分配比特和功率资源的方法。该方法通过引入一个与误码率有关的参数来调节和分配比特资源，虽然速度较快，但分配是在一定的误码率要求下得到的，没有考虑对功率和速率的具体要求。在实际通信系统中，更多的是考虑在给定总的比特传输速率和功率要求的情况下，通过给各个子载波分配适当的传输比特数以及功率使得BER最小，而这一问题目前还没有解决。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种OFDM系统中的功率和速率自适应分配方法，在总功率和总比特速率的约束条件下，通过给OFDM系统中子信道分配速率和功率使得系统误比特率最小。本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种OFDM系统中的功率和速率自适应分配方法，包括如下步骤：步骤1，求解非整数速率下的最优功率分配和最优速率分配，具体步骤如下：步骤1.1，利用二分法最大化OFDM系统的信噪比差额Γ，得到最大信噪比差额Γmax；步骤1.2，在最大信噪比差额Γmax的基础上，使用灌水法得到非整数速率下的最优功率分配步骤1.3，利用步骤1.2得到的非整数速率下的最优功率分配计算得到相应的非整数速率分配步骤2，在步骤1所得非整数速率下的最优功率分配的基础上将步骤1.3所得非整数速率调整为整数，得到整数速率分配步骤3，依据步骤2得到的整数速率分配调整步骤1.2得到的非整数速率下的最优功率分配，得到整数速率下的功率分配其中，Γ为信噪比差额；Ns为子信道个数；Hi，i＝0,1,...,Ns-1，为子信道状态信息；σi，i＝0,1,...,Ns-1，为信道噪声功率；Γmax表示最大信噪比差额；表示非整数速率下的最优功率分配；表示非整数速率分配；表示整数速率分配；表示整数速率下的功率分配。优选的，步骤1.1具体包括如下步骤：步骤1.11，首先寻找最大值Γmax所在的区间(Γleft,Γright)；步骤1.12，在区间(Γleft,Γright)中，利用二分法寻找Γ值的最大值Γmax。进一步的，步骤1.11寻找最大值Γmax所在的区间(Γleft,Γright)，具体步骤如下：步骤1.111，取Γ的初值为1。步骤1.112，利用灌水法得到对应Γ值为1下的功率分配；步骤1.113，利用步骤1.112得到的功率分配结果计算以及步骤1.114，若Sr＞Rt，则将Γ替换为2Γ，返回步骤1.112，否则令Γleft＝0,Γright＝Γ，得到最大值Γmax所在的区间(Γleft,Γright)；其中，ri，i＝0,1,...,Ns-1，为当前各个子信道的速率分配；pi表示Γ值为1时的功率分配；Sr表示Ns个子信道当前分配速率和。再进一步的，步骤1.112利用灌水法得到对应Γ值为1下的功率分配，具体步骤为：步骤1.1121，初始化λ的取值范围为(λleft，λright)，其中λleft＝0，步骤1.1122，取步骤1.1123，若|λright-λleft|＞ε1，则进入步骤1.1124，否则得到功率分配为并进入步骤1.113；步骤1.1124，计算以及步骤1.1125，若Sp＞Pt，则令λright＝λm，否则令λleft＝λm，返回步骤1.1122；其中，λ、λs、λz均为中间常量；Pt表示给定的总功率限制；ε1为λ的预设搜索精度；Sp表示Ns个子信道当前分配功率和。进一步的，步骤1.12在区间(Γleft,Γright)中，利用二分法寻找最大Γ值Γmax，具体步骤为：预设精度为ε2，步骤1.121，令步骤1.122，使用灌水法得到与Γm对应的功率分配psi，i＝0,1,...,Ns-1；步骤1.123，利用步骤1.122得到的与Γm对应的功率分配计算以及步骤1.124，若Sr＞Rt，则令Γleft＝Γm，否则令Γright＝Γm；步骤1.125，若当|Γright-Γleft|＞ε2，返回步骤1.121；否则得到最大值Γmax，Γmax＝Γm；其中Γm表示最大信噪比差额Γmax所在的区间(Γleft,Γright)的平均值；psi表示与Γm对应的功率分配；ε2为Γ的预设搜索精度。再进一步的，步骤1.122，使用灌水法得到与Γm对应的功率分配，具体步骤为：步骤1.1221，初始化λs的取值范围为(λsleft，λsright)，其中λsleft＝0，步骤1.1222，取步骤1.1223，若|λsright-λsleft|＞ε1，则进入步骤1.1224，否则得到功率分配为并进入步骤1.123；步骤1.1224，计算以及步骤1.1225，若Sp＞Pt，则令λsright＝λsm，否则令λsleft＝λsm，返回步骤1.1222；其中，λs为中间常量；ε1为λ的预设搜索精度；Pt表示给定的总功率限制；Sp表示Ns个子信道当前分配功率和。优选的，步骤1.2，在最大信噪比差额Γmax的基础上，使用灌水法得到非整数速率下的最优功率分配具体步骤为：步骤1.21，初始化λz的取值范围为(λzleft，λzright)，其中λzleft＝0，步骤1.22，取步骤1.23，若|λzright-λzleft|＞ε1，则进入步骤1.24，否则得到功率分配并进入步骤1.3；步骤1.24，计算以及步骤1.25，若Sp＞Pt，则令λzright＝λzm，否则令λzleft＝λzm，返回步骤1.22；其中，λz均为中间常量；Pt表示给定的总功率限制；ε1为λ的预设搜索精度；Sp表示Ns个子信道当前分配功率和。优选的，步骤2，在步骤1.2所得非整数速率下的最优功率分配的基础上将步骤1.3所得非整数速率调整为整数，得到整数速率分配具体步骤为：步骤2.1，对步骤1.3得到的非整数速率向上取整得本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种OFDM系统中的功率和速率自适应分配方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，求解非整数速率下的最优功率分配和最优速率分配，具体步骤如下：步骤1.1，利用二分法最大化OFDM系统的信噪比差额Γ，得到最大信噪比差额Γmax；步骤1.2，在最大信噪比差额Γmax的基础上，使用灌水法得到非整数速率下的最优功率分配

【技术特征摘要】
1.一种OFDM系统中的功率和速率自适应分配方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，求解非整数速率下的最优功率分配和最优速率分配，具体步骤如下：步骤1.1，利用二分法最大化OFDM系统的信噪比差额Γ，得到最大信噪比差额Γmax；步骤1.2，在最大信噪比差额Γmax的基础上，使用灌水法得到非整数速率下的最优功率分配步骤1.3，利用步骤1.2得到的非整数速率下的最优功率分配计算得到相应的非整数速率分配步骤2，在步骤1所得非整数速率下的最优功率分配的基础上将步骤1.3所得非整数速率调整为整数，得到整数速率分配ri(1)，i＝0,1,…,Ns-1；步骤3，依据步骤2得到的整数速率分配ri(1)，i＝0,1,…,Ns-1，调整步骤1.2得到的非整数速率下的最优功率分配，得到整数速率下的功率分配其中，Γ为信噪比差额；Ns为子信道个数；Hi，i＝0,1,...,Ns-1，为子信道状态信息；σi，i＝0,1,...,Ns-1，为信道噪声功率；Γmax表示最大信噪比差额；i＝0,1,…,Ns-1，表示非整数速率下的最优功率分配；ri(0)，i＝0,1,...,Ns-1，表示非整数速率分配；ri(1)，i＝0,1,…,Ns-1，表示整数速率分配；表示整数速率下的功率分配。2.根据权利要求1所述的OFDM系统中的功率和速率自适应分配方法，其特征在于，步骤1.1具体包括如下步骤：步骤1.11，首先寻找最大值Γmax所在的区间(Γleft,Γright)；步骤1.12，在区间(Γleft,Γright)中，利用二分法寻找Γ值的最大值Γmax。3.根据权利要求2所述的OFDM系统中的功率和速率自适应分配方法，其特征在于，步骤1.11寻找最大值Γmax所在的区间(Γleft,Γright)，具体步骤如下：步骤1.111，取Γ的初值为1；步骤1.112，利用灌水法得到对应Γ值为1下的功率分配；步骤1.113，利用步骤1.112得到的功率分配结果计算以及步骤1.114，若Sr＞Rt，则将Γ替换为2Γ，返回步骤1.112，否则令Γleft＝0,Γright＝Γ，得到最大值Γmax所在的区间(Γleft,Γright)；其中，ri，i＝0,1,...,Ns-1，为当前各个子信道的速率分配；pi表示Γ值为1时的功率分配；Sr表示Ns个子信道当前分配速率和。4.根据权利要求3所述的OFDM系统中的功率和速率自适应分配方法，其特征在于，步骤1.112利用灌水法得到对应Γ值为1下的功率分配，具体步骤为：步骤1.1121，初始化λ的取值范围为(λleft，λright)，其中λleft＝0，步骤1.1122，取步骤1.1123，若|λright-λleft|＞ε1，则进入步骤1.1124，否则得到功率分配为并进入步骤1.113；步骤1.1124，计算以及步骤1.1125，若Sp＞Pt，则令λright＝λm，否则令λleft＝λm，返回步骤1.1122；其中，λ、λs、λz均为中间常量；Pt表示给定的总功率限制；ε1为λ的预设搜索精度；Sp表示Ns个子信道当前分配功率和。5.根据权利要求2所述的OFDM系统中的功率和速率自适应分配方法，其特征在于，步骤1.12在区间(...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆鹏程，肖月，张渭乐，王文杰，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61