MA准则下低复杂度动态资源分配算法研究

武警辽宁省总队铁岭市支队司令部通信股 柳 晶



MA准则下低复杂度动态资源分配算法研究

武警辽宁省总队铁岭市支队司令部通信股 柳 晶

【摘要】随着用户对通信质量要求的快速上升，针对一种应用于短波通信中的OFDM动态资源分配算法存在的运算时间长的问题，提出了MA准则下的改进动态资源分配算法。该算法在给定注水线的情况下，一次去除不合格的子信道，然后在基于指数形式的近似误码率公式基础上进行比特分配，并采取Fischer算法的分配方式进行功率分配。仿真实验结果表明：在不影响误码率的情况下降低了功率分配方案运算的复杂度，提高了动态资源分配的效率。

【关键词】OFDM；最小误码率准则；MA；动态资源分配

短波通信［1］从被发现以来，就在军事、航海等领域得到广泛应用［2］。在OFDM技术［3］应用到短波通信的基础上，引进动态资源分配技术，将会使短波通信具有更高的频谱利用率、更快的数据传输速率和更好的数据传输质量。

动态资源分配就是为了提高系统性能，改变子载波和功率的分配方式既定的信道资源分配方式的局限性，在通信环境改变的情况下，保证信道质量好的子信道得到更多的比特和功率分配。这是注水原理［4］的思想，也是我们动态资源分配的指导思想。本文提出了基于分类排序思想的比特调整方法。将分类排序的思想［5］运用到文献［6］提出算法的比特调整过程中，运算量大大降低，运算时间缩短。

1　改进Campello动态资源分配算法

针对Campello动态资源分配算法［7］，文献［6］提出了改进。Campello算法存在一些问题［8］，首先在初始比特分配时没有考虑误码率对比特和功率分配的影响。其次在比特调整阶段，采用单步长逐个比特进行调整，迭代次数多，计算量大，算法时间长。针对以上问题，文献［6］算法对其进行了改进，在初始比特分配时引入误码率，使得在初始比特分配时考虑误码率对比特和功率分配的影响，在比特调整时采用变步长进行比特调整，减少了计算量，加快了运算速度。

其算法原理如下：

（1）初始比特分配：

a.计算第i个子信道上的SNR：

其中，E（n，i）为信号能量，d2（n，i）为子信道的噪声方差，H（n，i）为信道传输函数。

b.求出初始比特值：

（2）比特和功率调整：

记录子信道i的比特数为ci，当，调整步长L=1，此时，，否则调整步长L=2，，，。

（3）结束。

在每次比特调整时，都需要计算和比较所有子信道上能量的改变量，当进行比特增加时就选择增加单个比特平均能量增加量最小的子信道，进行比特调整；当进行比特减少时就选择减少单个比特平均能量减少量最大的子信道，进行比特调整，存在大量的计算和排序工作，使得算法复杂度较高，运算时间较长。

2　MA准则下的改进算法

针对不足，本文提出了改进的方法，改进的思想就是把基于分类排序的思想应用到原算法的第二步比特和功率调整中去。这样会大大减少搜索排序和运算次数，减少运算量，缩短运算时间。

分类排序的思想就是，在每次比特调整时不需要计算比较所有子信道上功率能量的改变量，只需要把分配相同比特的信道分在一组，在同一组中按照信道增益大小排序。

改进算法步骤如下：

（1）子信道排序编号：

假设系统总共有N个子信道，首先将这N个子信道按照信道增益大小顺序排序编号，并建立新的子信道编号和原来子信道初始位置编号之间的对应关系。

（2）初始比特分配：

a.计算出第i个子信道的SNR：

其中，E（n，i）为第n个OFDM符号，第i个子信道上信号能量，初始时取相同值，为第n个OFDM符号，第i个子信道上的噪声方差，H（n，i）为第n个OFDM符号，第i个子信道的信道传输函数。这里的第i个子信道表示重新排序以后的第i个子信道。

b.求出初始比特值：

d.把相同比特数的子信道分在一组，步骤c决定了此时总共分成6组，第6组，第5组一直到第1组中的比特数分别为8，6，4，2，1，0，分别代表第1组，第2组，一直到第6组中子信道的个数，，此时有可能会有的分组里的子信道个数为0。这时记录子信道在各自组中的顺序编号，编号从1开始。

（3）比特和功率调整：

计算第2组和第3组中最后一个子信道上减少一个比特，对多余出来的能量进行比较得出最大的记为P。然后，计算第4组、第5组和第6组中最后一个子信道减少2个比特对多余出来的能量进行比较得出最大的，并取平均记为，如果，此时调整步长为1，把p对应的那个子信道记为i，放到下一组去，本组子信道数目编号减去1，下一组子信道数目编号加1，它在下一组中的编号就是1，下一组其它子信道在本组中的编号都加1。比如，如果减少单个比特平均多余能量最大的子信道在第2组，那么就把它放在第1组中，此时第2组子信道总数减去1，第一组子信道总数加1，它在第一组中的编号为1，第一组中其它子信道编号都加1。如果，此时调整步长为2，同上，把对应的那个子信道记为i，放到下一组中去，它在下一组中的编号就是1，下一组中其它子信道在本组中的编号都加1。

由于此时调整步长L只能为1，所以只需要在第2组和第3组中搜索比较找出减少一个比特的多余能量最大的那个子信道i，子信道搜索比较方法和组别的归属与改变同上一步b中调整步长为1的方法相同，此时：

计算第1组和第2组中第一个子信道上增加一个比特，所需要增加的能量并比较得出最小的记为P。然后，计算第3组、第4组和第5组中第一个子信道增加2个比特，所需要增加的能量并比较得出最小的，并将这个能量数除以2记为如果，此时调整步长为1，把P对应的那个子信道记为i，把它移到上一组最后一个子信道后面去，此时子信道i变成上一组最后一个子信道，本组所有子信道编号都减去1。比如子信道i如果在第1组，那么就把它移动到第2组最后，此时第1组子信道总数减去1，第2组子信道总数加1，第1组中其它子信道编号都减去1。如果，此时调整步长为2，同上，把对应的那个子信道记为i，移动到上一组最后，这一组中其它子信道在本组中的编号都减1。

由于此时调整步长只能为1，所以只需要在第1组和第2组中搜索比较找出增加一个比特，增加能量最小的那个子信道i，子信道搜索比较方法和组别的归属和改变同上一步d中调整步长为1的方法相同，此时：

（4）通过子信道现在的位置编号与原有位置的对应关系，找到需要调整子信道的原来位置，进行比特和功率的调整。

（5）结束

以上就是改进算法的步骤，从改进中可以看出，算法只是减少了循环迭代次数，对误码率性能并没有改变，下面就从复杂度方面对两种算法就行仿真对比分析。

3　改进算法仿真分析

仿真参数如下：

载频：5MHz

带宽：6.45kHz

子载波间隔：50Hz

循环前缀：5ms

符号周期：25ms

信道模型是3径的Watterson信道，加性高斯白噪声，软件为Matlab2007。仿真结果如图1所示：

图1　改进算法和原算法的运行时间比较

通过图1给出两种算法在运行时间上的差异，仿真结果显示，改进算法比原算法平均运行时间缩短了35.3%。

4　结论

本文提出了MA准则下的改进动态资源分配算法。该算法在给定注水线的情况下，一次去除不合格的子信道，然后在基于指数形式的近似误码率公式基础上进行比特分配，并采取Fischer算法的分配方式进行功率分配。仿真实验结果表明：在不影响误码率的情况下降低了功率分配方案运算的复杂度，提高了动态资源分配的效率。

参考文献

［1］胡中豫.现代短波通信［M］.北京：国防工业出版社，2003：1-7.

［2］汪自清.高速率短波OFDM系统的关键技术研究与实现［D］.南京：南京航空航天大学，2011.

［3］杨昉，何丽峰，潘长勇.OFDM原理与标准-通信技术的演进［M］.北京：电子工业出版社，2013：25-26.

［4］张冬梅，徐友云，蔡跃明.OFDMA系统中线性注水功率分配算法［J］.电子与信息学报，2007，29（8）.1286-1289.

［5］H.BolcskeI，R.W.Heath， Jrand A.J.Paulraj.“Blind channel identification and equalization in OFDM based multi-antenna systems.Adaptive Systems for Signal Processing，Communicationsand Control Symposium”2000.AS-SPCC. The IEEE 2000 1-4 Oct.2000：58-63.

［6］R.F.H.FischerandJ.B.Huber，“A New Loading Algorithm for Discrete Multitule Transmission”， IEEE Proc.GLOBECOM’96， London，1996：724-728.

［7］李刚.OFDM自适应技术优化与仿真研究［D］.重庆：重庆理工大学电子信息与自动化学院，2011，4.

［8］J.Jang and K.Blee，“Transimit power Adaptation for multiuser OFDM systems”，IEEE.select Areas commun， vol.21.NO.2，Feb.2013：171-178.

作者简介：

柳晶（1984—）， 女，辽宁铁岭人，初级技术11级，现供职于武警辽宁省总队铁岭市支队司令部通信股，研究方向：网络技术。