[发明专利]基于误码率优化的OFDM系统资源分配方法

摘要

针对无线正交频分复用(OFDM)系统中多用户功率接收性能问题，本发明提出了一种基于误码率最优化的资源分配算法。为了避免用户之间发生信道干扰，限定系统总发送功率为一定值；同时为了更加符合实际网络，用户累加的信道容量不超过基站总信道容量，将用户的误码率作为系统的目标函数，通过基于罚函数共轭梯度算法求得约束最小点，完成系统功率和子载波最小误码率分配。与同类算法相比，本发明所提算法不仅能够使用户达到最优接收性能，同时最大程度上保证用户公平性要求。

主权项

1.基于误码率优化的OFDM系统资源分配方法，其特征在于：基于共轭梯度提出最小误码率算法，把共轭性与最速下降法相结合，利用已知点处的梯度构造一组共轭方向，并沿着此方向进行搜索，求出目标函数极小值；首先构造拉格朗日函数:其中，λ_k、μ_k表示Lagrange乘子，原问题的对偶函数是:D(λ,μ)＝min L(λ,μ)，对偶问题为:max D(λ,μ)s.t.λ≥0,μ≥0对偶函数为:用共轭梯度优化方法来求解非线性的最优化问题；通过惩罚函数的方法将目标函数转化为:I(p；εn)＝PE(q)+εnB(p)，B(p)＝‑log(1‑pTp)约束条件:其中下标n为迭代的次数；B(p)为惩罚函数，取ε1>0,c>1，令εn+1＝εn/c；当n→∞的时候，εn→0，I(p；εn)→PE(q)；系统总发射功率为Ptotal，发送端为不同用户分配不同子载波，根据分配给不同子载波的比特数，理想信道容量为:其中B为信道带宽，s为信道输出信号功率，N0为功率谱密度；限制系统总发射功率Ptotal为一定值，使得每一个子载波带宽都小于系统信道带宽，且每个子载波的信道响应平坦；基站的信道总容量为C(P)，所有用户累加容量不超过基站信道总容量，表示为:功率满足:其中，N是总用户数，K是子信道总数，P_n,k为用户n的第k个子信道上的发射功率，用户n在第k个子信道上的增益为ρ_n,k取值0或者1，取决于信道k能否分配给用户n；系统线性检测器的表达式:其中，x(k)＝[x1(k),x2(k),...,xL(k)]T是复数值滤波器输入信号；L为滤波器长度；w＝[w1w2...wL]T为滤波器抽头系数；信道中滤波器输入信号x(k)由接收信号延时组成，x(k)的表达式为:其中，n(k)＝[n1(k)n2(k),...,nL(k)]T是复数值向量；Q为系统矩阵，大小为L×N；s(k)＝[s1(k)s2(k)...sN(k)]T为信号符号向量；选取s(k)中的第d个元素通过下式得出:其中，sgn()表示符号函数；yR(k)为y(k)的实数部分；根据定义，其中N_b＝2^N，{b_p,1≤p≤N_b}是s(k)的所有序列中可能出现的情况；因此滤波器输出函数:其中，e(k)是零中值而且方差的噪声函数；是实际系统输出；各用户具备等长的扩频码序列，相应的增益为M，是信道脉冲响应的传输函数，用户i的扩频码序列为S＝[s_i,1 s_i,2 ... ... s_i,M]^T，那么基带模型表示为:信噪比向量为:a(k)＝[a1(k) … … am(k)]T用户向量符号为:b(k)＝[b1(k) … … bN(k)]T，b(k‑1)＝[b1(k‑1) … … bN(k‑1)]T,… … b(k‑l+1)＝[b1(k‑l+1) … … bN(k‑l+1)]T用户向量符号的长度为lN，所以b(k‑l+1)有2lN个值，l为码间串扰长度；以用户1为目标用户，且用户1的功率权向量为：p＝[p1 p2 … pM]T，那么线性多用户检测可表示为如下形式:可用符号函数简写以上形式,即则上式中的误码率函数表示为:PE(q)＝PROB{sgn(b1(k))y(k；p)<0}定义y(p；k)的概率密度函数为高斯分布线性组合，当无噪声接收信号的2lN种状态概率相等时，y(p；k)的概率密度函数表示为:在容量功率和容量共同约束条件下，系统模型约束条件为:对于任取的p使得||p||≤1，其中