ofdm 系統(tǒng)中基于能量效率的低復(fù)雜度算法的研究與仿真

1、軟件2011年X月第32卷第X期software張玲：文章題目OFDM系統(tǒng)中基于能量效率的低復(fù)雜度算法的研究與仿真張玲(北京郵電大學(xué)電子工程學(xué)院，北京100876）摘要：早先的無(wú)線通信傳輸主要以頻譜效率為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在保證用戶服務(wù)質(zhì)量的同時(shí)，對(duì)有限的資源進(jìn)行合理的分配從而得到較好的系統(tǒng)性能。關(guān)于頻譜效率的研究主要是在系統(tǒng)發(fā)射功率有限的情況下并考慮用戶公平性的同時(shí)，最大化系統(tǒng)的容量。而隨著各種高速無(wú)線通信服務(wù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，以及無(wú)處不在的

2、無(wú)線接入使得能量的消耗越來(lái)越多。而對(duì)于電池容量有限的移動(dòng)終端來(lái)說(shuō)是一個(gè)較大的瓶頸。與此同時(shí)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的能量消耗的產(chǎn)生了越來(lái)越多的溫室氣體，并加重了運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。因此，以能量效率為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的綠色通信越來(lái)越得到重視并成為未來(lái)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則。本文提出了一種OFDM系統(tǒng)中基于能量效率的復(fù)雜度較低。本文首先提出了OFDM系統(tǒng)中能量效率的優(yōu)化模型，接著采用經(jīng)典的注水法，求出了最優(yōu)的功率分配。通過(guò)仿真證明了該算法是最優(yōu)的。關(guān)鍵詞：綠色通信；資源分配；

3、注水法能量效率中圖分類號(hào)：TN919.3文獻(xiàn)標(biāo)志碼：AAnEnergyefficientLowComplexityAlgithmfOFDMSystemsZhangLing(BeijingUniversityofPostsElectronicsSchoolofElectronicEngineeringBeijing100876，China)Abstract:Traditionallyaswirelesscommunicationsyste

4、msrequirebetterperfmancequalityofservice(QoS)guaranteewithlimitedresourceavailabilityspectralefficiency(SE)ienteddesignbecomesthemaincriterion.PreviouswksinSEienteddesignfocusonmaximizingthetotalsystem’sthroughputunderth

5、etransmitpowerconstraintfairnessisalsoconsidered.Recentlythewidespreadapplicationofhighdataratewirelessservicesrequirementofubiquitousaccesshavetriggeredrapidlyboomingenergyconsumptionwhichisparticularlyabottleneckatmobi

6、leterminalsduetolimitedbatterycapacityoftheterminalshsets.Meanwhiletheescalationofenergyconsumptioninwirelesswksleadstolargeamountofgreenhousegasemissionhighoperationexpenditure.Greenradio(GR)whichemphasizesonenergyeffic

7、iency(EE)besidesSEhasbeenproposedasaneffectivesolutionbecomesaninevitabletrendffuturewirelesswkdesign.TherefeinadditiontotransmissionrateEEisalsobecomingimptantfthemobilecommunications.Alowcomplexityalgithmbasedonwaterfi

8、llingalgithmisproposedinthispaper.AnOFDMsystemmodelisproposedinthispaper.Thentheclassicalwaterfillingalgithmisusedtofindtheoptimalpowerallocation.Thesimulationshowsthatthealgithmisoptimal.Keywds:GreenRadioResourceAllocat

9、ionWaterfillingEnergyefficient0引言傳輸功率是系統(tǒng)的重要資源，功率的分配對(duì)系統(tǒng)的傳輸速率，可靠性，以及能量的損耗有著重要的影響。因此，根據(jù)不同載波的信道情況，通過(guò)不同的載波進(jìn)行不同的功率分配，可以提高系統(tǒng)的性能。作者簡(jiǎn)介：張玲（1988），女，研究生，綠色通信中的資源分配關(guān)鍵技術(shù)第32卷第X期第一作者等：文章中文題目域網(wǎng)(IEEE802.11Serial、HiperLAN2)、數(shù)字用戶線(DigitalSu

10、bscriberLinexDSL)等領(lǐng)域中都獲得了廣泛的應(yīng)用。自適應(yīng)比特、功率分配的OFDM系統(tǒng)如圖1所示。自適應(yīng)比特和功率分配算法根據(jù)各個(gè)子載波上的信道狀態(tài)信息，為各個(gè)子載波分配合適的發(fā)送比特?cái)?shù)（即確定調(diào)制方式）和信號(hào)功率，發(fā)送端根據(jù)分配結(jié)果進(jìn)行信號(hào)的調(diào)制，接收端根據(jù)分配結(jié)果進(jìn)行信號(hào)的解調(diào)。子信道調(diào)制(映射)IFFT變換并串變換插入CPAD變換??多徑信道()ht?并串變換FFT變換串并變換去掉CPDA變換???()ntiSiR輸出數(shù)

11、據(jù)比特串并變換?子信道解調(diào)(解映射)?輸入數(shù)據(jù)比特信道估計(jì)自適應(yīng)比特和功率分配圖1自適應(yīng)比特、功率分配OFDM系統(tǒng)框圖1.2兩種優(yōu)化模型根據(jù)ShannonHartley定理，一個(gè)通信系統(tǒng)容量上限的基本公式如下[5]：2log(1)sRBg??（1）其中，R表示系統(tǒng)的容量，其單位是bitspersecond(bps)，B代表了該通信系統(tǒng)的可用帶寬，sg代表了接收端信噪比（SNR:SignaltoNoiseRatio）；公式(2.1)描述的

12、是一個(gè)高斯信道（Gaussianchannel）的容量，并假設(shè)傳播信號(hào)的持續(xù)時(shí)間無(wú)限，以及解碼和檢測(cè)的復(fù)雜度有限；在任何實(shí)際的通信系統(tǒng)里，不管是單天線系統(tǒng)還是多天線系統(tǒng)，蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)還是adhoc網(wǎng)絡(luò)（MAs:mobileadhocwks），該公式都普遍適用；并且，任何一個(gè)實(shí)際通信網(wǎng)絡(luò)所能提供的容量都要明顯低于該公式提供的容量上限[6]。在公式(2.1)定義的系統(tǒng)容量的基礎(chǔ)上，一個(gè)系統(tǒng)的頻譜效率定義為系統(tǒng)容量與系統(tǒng)帶寬的比值，其單位