[发明专利]一种平移注水算法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信领域中的一种优化算法，特别涉及一种平移注水算法。

背景技术

在无线环境下的高速传输系统中，无线信道的频率响应曲线大多是非平坦的，如OFDM技术是在频域内将给定的频段分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各子载波并行传输；不同的子信道具有不同的衰落特性。再如MIMO技术是在发射端与接收端采用多个天线，不同收发天线对之间形成不同的子信道，这些子信道具有不同的衰落特性。因此在许多宽带无线通信系统中，每个子信道的传输质量并不是相同的，注水算法解决了如何为各个子信道分配发射功率，尽可能地提高信道容量问题。

注水(WF，Water-filling)算法主要用于MIMO或者OFDM系统中的发射功率分配。注水算法实际上就是通过为信道质量好的子信道尽可能多分配功率，为信道质量差的子信道少分配功率，从而在总发射功率受限的情况下，保证信道容量最大化。

这里就OFDM系统为例来说明传统注水算法的原理和步骤：

Shen Z，Andrews J G，and Evans B L.Optimal Power Allocation in Multi-user OFDM System.in Proc.IEEE Global Communication Conference，San Francisco，CA，Dec.2003：337-341中，假设P_max是发送端所能提供的最大总传输功率，N是子信道数量，P_n，n＝1，2，...，N表示每个子信道n的发射功率。传统的注水算法指出此时最优的功率分配方案是：其中，N₀代表噪声功率谱密度，g_n表示信道n的信道增益，B表示每个子信道的带宽，μ是一个与总传输功率限制条件相关的拉格朗日常数，P_n取值使得成立。

现有的注水算法中，需要对一个拉格朗日(Lagrange)常数进行相对复杂的搜索。在参考文献“Kyuho Son，Bang Chul Jung，Song Chong and Dan Keun Sung，“Power Allocation for OFDM-based Cognitive Radio Systems under Outage Constrains，”in Proc.WCNC，Apr.2009，pp.1-6”中，设计了一套二进制搜索(Binary Searching)机制。具体步骤如下：

步骤一：初始化a=0,b=max(gn)N0B.]]>

步骤二：令计算Pn=max(1μ-N0Bgn,0).]]>

步骤三：判断的值的范围，如果大于某个收敛判据δ(通常是很小的正值)，则令μ＝b；如果小于-δ，则令μ＝a；如果其值已经在-δ到δ之间了，认为该搜索算法已经收敛，此时的即为所求解，算法结束，否则返回至步骤二。

现有的注水算法中，每次执行WF算法都会涉及到复杂的Lagrange常数搜索，导致算法的复杂度很高，往往会耗费较长的搜索时间。