一种基于虚拟信道模型的功率分配算法制造技术

本发明专利技术提供了一种基于虚拟信道模型的功率分配算法。该方法包括：构建频谱资源受限条件下的虚拟信道模型；将虚拟信道模型应用于分布式的网络架构，构建多用户信道总容量优化模型；采用注水算法求解所述多用户信道总容量优化模型，得到频谱资源自优化方案。本发明专利技术基于虚拟信道模型功率分配算法，适用于无线通信系统的用户数大于可用信道数的OFDMA频谱资源受限场景，可以解决现有技术无法进行动态调整分配顺序且复杂度较高的问题，通过增加虚拟信道数量的方法，让算法中的信道数大于用户数，从而解决资源受限条件下OFDMA功率优化分配问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于虚拟信道模型的功率分配算法


[0001]本专利技术涉及无线通信
，尤其涉及一种基于虚拟信道模型的功率分配算法。

技术介绍

[0002]随着无线通信技术的不断发展以及无线接入设备数量的指数式增长，频谱资源紧缺的问题日益严峻。另一方面，固定的无线通信系统频谱资源配置方案无法充分利用现有的频谱资源。当通信系统用户数量远大于可用频谱资源时，系统内的竞争程度更加激烈，频谱分配效率可能更低。
[0003]因此，如何高效且合理地分配现有的频谱资源成为了一个亟待解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的实施例提供了一种基于虚拟信道模型的功率分配算法，以解决现有技术无法进行动态调整分配顺序且复杂度较高的问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案。
[0006]一种基于虚拟信道模型的功率分配算法，包括：
[0007]构建频谱资源受限条件下的虚拟信道模型；
[0008]将所述虚拟信道模型应用于分布式的网络架构，构建多用户信道总容量优化模型；
[0009]采用注水算法求解所述多用户信道总容量优化模型，得到频谱资源自优化方案。
[0010]优选地，所述的构建频谱资源受限条件下的虚拟信道模型，包括：
[0011]当通信系统的用户数量大于可用频谱资源时，在虚拟信道模型中设置与真实信道相对立的虚拟信道，增加虚拟信道的数量，使信道数量等于用户数量，构建频谱资源受限条件下的多用户的虚拟信道模型。
[0012]优选地，在所述频谱资源受限条件下的多用户的虚拟信道模型中，每对用户有一个发送方和接收方，对于用户k其接收到的信号为：
[0013][0014]其中h
kk
表示用户k的信道增益，h
ki
表示用户i对用户k的信道干扰增益，x
k
为发送信号，v
k
为噪声信号；
[0015]若信道为瑞利平坦衰落信道，则信号和噪声均服从零均值高斯分布，根据香农理论，用户k的信道容量为：
[0016][0017]其中，p
k
为x
k
的功率，σ
k
为v
k
的功率。
[0018]优选地，所述的将所述虚拟信道模型应用于分布式的网络架构，构建多用户信道总容量优化模型，包括：
[0019]将虚拟信道模型应用于分布式的OFDMA系统中，将OFDMA系统的频谱资源划分为M个正交的子载波，OFDMA系统中所有授权用户共用M个子信道，在某一时刻t0，有K对用户进行通信，系统中仅有N个子信道供用户使用，N≤M，对于第n个子信道，h
kk
[n]表示用户k的信道增益，h
ki
[n]表示用户i(i≠k)对用户k造成的干扰信道增益；p
k
[n]代表用户k发射的信号功率，σ
k
[n]代表噪声功率，得到OFDMA系统的k个用户信道总容量优化模型为：
[0020][0021]c
k
[n]为归一化的用户k受到的噪声总和；
[0022]在OFDMA系统模型中限定用户发射信号总功率满足条件：
[0023][0024]p
k
[n]表示用户k在不同信道上的功率分配，而P
k
表示用户k的功率上限，S
k
表示用户k的策略空间。
[0025]优选地，所述的采用注水算法求解所述多用户信道总容量优化模型，得到频谱资源自优化方案，包括：
[0026]采用基于认知纳什博弈理论的注水算法求解所述多用户信道总容量优化模型，公式如下：
[0027][0028]其中，为注水线，与用户的最大功率限值有关；
[0029]基于当前噪声测量值使用户根据给出的p
k
对可能得到的进行预测，使用户自身的功率配置不断优化，最终使整个OFDMA系统达到均衡状态，的预测值采用以下公式计算：
[0030][0031]为第n个子信道的噪声功率预测值，为认知函数；
[0032][0033]包含虚拟信道的信道模型中归一化噪声采用如下公式计算：
[0034][0035]R为虚拟信道的个数，R＝K
‑
N，诱导因子λ的取值与信道初始噪声有关；
[0036]得到系统中用户的功率分配公式：
[0037][0038]在虚拟信道模型中，信道数量n，用户数量k，信道状态是能够变化的，以最大化系统容量为目标求解所述多用户信道总容量优化模型，实现在真实信道上通信条件好的用户竞争得到无线资源的使用权；而真实信道上通信条件差的用户，在算法迭代过程中将发射功率集中在虚拟信道上，用户表现为停止占用无线资源。
[0039]由上述本专利技术的实施例提供的技术方案可以看出，本专利技术基于虚拟信道模型功率分配算法，适用于无线通信系统的用户数大于可用信道数的OFDMA频谱资源受限场景，可以解决现有技术无法进行动态调整分配顺序且复杂度较高的问题。
[0040]本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0041]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0042]图1为本专利技术实施例提供的一种基于虚拟信道模型的功率分配算法的处理流程图；
[0043]图2为本专利技术实施例提供的一种多用户干扰信道模型图。
[0044]图3为本专利技术实施例提供的一种本专利技术OFDMA系统信道占用模型图。
[0045]图4为本专利技术实施例提供的一种多用户信道总容量优化模型的求解算法流程图。
[0046]图5为本专利技术实施例提供的一种本专利技术虚拟信道模型。
[0047]图6为本专利技术实施例提供的一种基于虚拟信道模型的功率分配算法的性能展示图。
具体实施方式
[0048]下面详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。
[0049]本
技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本专利技术的说明书中使用的措
辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟信道模型的功率分配算法，其特征在于，包括：构建频谱资源受限条件下的虚拟信道模型；将所述虚拟信道模型应用于分布式的网络架构，构建多用户信道总容量优化模型；采用注水算法求解所述多用户信道总容量优化模型，得到频谱资源自优化方案。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的构建频谱资源受限条件下的虚拟信道模型，包括：当通信系统的用户数量大于可用频谱资源时，在虚拟信道模型中设置与真实信道相对立的虚拟信道，增加虚拟信道的数量，使信道数量等于用户数量，构建频谱资源受限条件下的多用户的虚拟信道模型。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述频谱资源受限条件下的多用户的虚拟信道模型中，每对用户有一个发送方和接收方，对于用户k其接收到的信号为：其中h
kk
表示用户k的信道增益，h
ki
表示用户i对用户k的信道干扰增益，x
k
为发送信号，v
k
为噪声信号；若信道为瑞利平坦衰落信道，则信号和噪声均服从零均值高斯分布，根据香农理论，用户k的信道容量为：其中，p
k
为x
k
的功率，σ
k
为v
k
的功率。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的将所述虚拟信道模型应用于分布式的网络架构，构建多用户信道总容量优化模型，包括：将虚拟信道模型应用于分布式的OFDMA系统中，将OFDMA系统的频谱资源划分为M个正交的子载波，OFDMA系统中所有授权用户共用M个子信道，在某一时刻t0，有K对用户进行通信，系统中仅有N个子信道供用户使用，N≤M，对于第n个子信道，h
kk
[n]表示用户k的...

【专利技术属性】
技术研发人员：任杰，闻映红，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：