正交频分复用系统的动态资源分配方法

摘要

本发明是一种正交频分复用系统的动态资源分配方法。本发明是产生若干个载波分配方案作为一个种群，每个载波分配方案作为一个个体。再对该种群进行进化算法操作，利用经典优化算法中的KKT条件求解没个载波分配方案对应的系统模型，并将求出的系统容量值作为相对应个体的适应值。然后利用每个个体的适应值从当代种群中选择个体进入到下一代种群中。再用KKT条件求解当前种群中每个载波分配方案的系统容量值，并将其作为相对应的个体的适应值。将上述过程交替进行，就完成了本发明提出的动态资源分配方法。本发明提高了求解精度，同时计算复杂度并没有增加，本发明是一种满足了通信系统所的即时性要求的正交频分复用系统的动态资源分配方法。

主权项

一种正交频分复用系统的动态资源分配方法，其特征在于包括如下步骤：1)初始化若干子载波分配方案{ρ₁,ρ₂,...,ρ_n}，将这些分配方案作为进化算法的初始种群pop，每种分配方案ρ_i对应一个最大化系统速率的模型；2)用KKT算法求解每种子载波分配方案ρ_i对应的系统模型，记求出的系统速率为j表示进行的代数，i表示每个种群中第i个个体，并将作为ρ_i的适应值；3)选择种群pop中的个体进入到遗传操作池中；4)从pop按照交叉概率p_c选择个体进行交叉操作，产生的新个体组成child；5)按照变异概率p_m从child中选择个体进行变异操作，用产生的新个体更新child；6)将pop和child混合，从混合后的种群中选择适应值最大的个体组成新的种群pop；7)如果达到终止条件，停止算法，并输出结果；否则，重复步骤2)到6)；上述步骤1)建立最大化系统速率的模型方法如下：在OFDM系统中，假设有K个用户、N个子载波，用户k在子载波n上的功率谱密度为g_k,n,噪声功率为：σ²＝(N₀B)/N，其中N₀是噪 声功率谱密度，B是总的频谱带宽；相应的用户k在子载波n上的信噪比(SNR)为：第k个用户的容量表示为：其中Γ表示信噪比差值，取常数；整个系统的总速率表示为所有用户信息速率之和为：p_k,n≥0,w_k,n≥0,k＝1,2,...,K,n＝1,2,...,N    (5)其中，P_T是允许的最大发射 功率,w_k,n∈{0,1}，当w_k,n＝1时，表示第n个子载波分配给第k个用户，w_k,n＝0时，表示第n个子载波不分配给第k个用户，p_k,n表示当第n条子载波分配给第k个用户时，该子载波的功率值；KKT条件求解过程推导：两步法处理OFDM资源分配问题的时候先进行载波的分配，载波分配完成后，此时W为已知量，记为这时上述模型变为：p_k,n≥0,k＝1,2,...,K,n＝1,2,...,N  (8)其中均为已知量，此时式(6)是一个非线性方程,并且是连续、可微的；当p_k,n＞0时，令用KKT条件求得该方程的一个驻点：11)进化算法中子载波分配整数编码技术先初始化一组子载波分配方案：{W₁,W₂,...,W_m}，其中W_i指第i个载波分配方案，则对于每一个子载波分配方案W_i，用上述KKT条件求出其对应的功率分配方式P_i，则W_i对应的适应值为：其中，w_i,k,n＝1表示在第i个载波分配方案中，第n个子载波分配给第k个用户，w_i,k,n＝0表示在第i个载波分配方案中，第n个子载波没有分配给第k个用户；p_i,k,n表示在第i个载波分配方案中，当第n个子载波分配给第i个用户时，该子载波的功率值；子载波的分配方案W_i为：其中是一个0到K之间的整数，它表示第i种分配方案中，第j条子载波分配给第用户；12)KKT条件与进化算法相结合的OFDM动态资源分配技术对于目标函数(2)式，当W确定后(2)式变为：其中Ω_k表示分配给第k个用户子载波的集合，表示确定后的载波分配方案,p_k,n表示当第n条子载波分配给第k个用户时，该子载波的功率值；这样，原目标函数就变为了一个带约束的非线性优化问题，用KKT条件对其进行求解，求得局部最优解。