[发明专利]一种用于OFDM系统中的能量有效等功率分配方法

说明书

技术领域

本发明属于无线与移动通信技术领域，具体涉及OFDM系统中的传输功率资源分配方法。

背景技术

随着数据业务的广泛兴起以及移动互联网的迅猛发展，未来的无线通信技术将会有更高的数据传输速率，以满足更多用户的需求。在当前众多无线解决方案中，正交频分复用（OFDM）以其高频谱利用率以及强抗干扰能力的优点受到了广泛重视。但是，传统的OFDM系统为了取得较高的频谱效率，更多的关注如何对系统资源进行分配使得传输速率最大化，而忽视了系统的能量效率。目前有不少文献针对OFDM系统的能效问题进行了深入的研究，然而已有的算法都存在计算复杂度过高的问题，需要不断搜索逐步迭代方可得到系统最优传输功率。X. Cong等人提出了一种利用区间搜索的JIDO算法，该算法虽然可以在能够很好地处理频谱效率与能量效率有效折中，但是由于需要在很大范围内查找最优功率分配，在实际的信道条件下复杂度仍然过高。具体可参见文献X. Cong, G. Y. Li, Z. Shunqing, C. Yan, and X. Shugong, Energy and Spectral-Efficiency Tradeoff in Downlink OFDMA Networks, Wireless Communications, IEEE Transactions on, vol. 10, pp. 3874-3886, 2011. 需要特别指出的是，当信道增益噪声比较大时，基于注水算法的功率分配方式将逐渐逼近等功率分配算法，且等功率分配算法的计算复杂度非常低。

发明内容

本发明的目的是解决OFDM系统中现有的资源分配方法存在的上述问题，提出了一种适用于OFDM系统的传输功率分配方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种用于OFDM系统的动态资源分配方法，包括：(1)参数初始化步骤；(2)功率分配步骤； 其中，

所述参数初始化步骤具体包括初始化如下参数：

系统带宽                                                ，子载波数目，各子信道的信道增益，其中，，噪声功率，系统允许的最大传输功率，系统总传输功率，系统电路功率，单个子载波带宽，各子信道的信道增益噪声比；

所述功率分配步骤根据各子信道的信道增益噪声比，进行各子信道传输功率分配，具体包括如下步骤：

(21).计算等功率传输时每个子信道分配得到的传输功率为；

(22).计算子信道在无传输功率约束条件下的近似最优传输功率；

(23).计算基于等功率分配方法下子信道在满足能量效率最大时的近似最优传输功率为：。

上述的具体计算过程如下：

求解系统能效表达式，并对传输功率进行求导，令导数为零，具体为:

其中，，分别表示系统传输总速率，总传输功率，以及对应的电路功率。为等功率分配方式下各个子信道分配的传输功率，且电路功率包含静态电路功率和动态功率两部分，即，表示单位比特所消耗的功率。当信道增益噪声比较大时，存在，那么系统能量效率可近似为

然后对能效进行求导，即有

可求解出子信道在无功率约束条件下的最优传输功率：

其中，为Lambert函数，e为自然常数，为连乘符号。

本发明的有益效果：本发明的方法通过分析能量效率与单个子信道传输功率的关系，提出了一种适用于OFDM系统的基于能量有效低复杂度等功率分配方法。当信道增益噪声比较大时，通过传输速率近似表达，可以得到系统能量效率为传输功率的凸函数，因此通过求导可以得到无传输功率约束条件下的最优功率表达式。结合系统所能允许的最大传输功率，可以得到系统近似最优传输功率。本发明的方法可以使得OFDM系统在使用等功率分配时传输单位比特所耗能量近似最小，并能大幅度降低计算复杂度，使得通信更为节能环保，降低了终端设备能耗，延长终端设备续航时间。

附图说明

图1是本发明的用于OFDM系统中的传输功率分配方法的流程示意图。

图2是本发明的用于OFDM系统中的无约束条件下的近似最优传输功率分配方法的流程示意图。

具体实施方式  

下面将结合附图，给出本发明的具体实施例。

在阐述具体实施方式之前，首先介绍其中所用的数学模型：