OFDM自适应资源分配方案研究及实现

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随着人们对高速传输数据和多媒体业务需求的不断增加,对无线通信传输速率和质量提出了更高的要求。但是,有限的频谱资源使得无线通信受到了一定的限制。因此,提升频带利用率和系统容量是当下研究的一个热点。OFDM将可用信道划分成多个独立的子信道,利用自适应技术对这些子信道合理地分配比特或者功率,可以提高系统性能,充分利用频谱资源。本文围绕OFDM自适应资源分配问题,主要完成了以下工作:1.在单用户OFDM自适应资源分配中,针对Hughes-Hartogs算法计算复杂度较高的问题,提出了一种基于MA准则的改进自适应资源分配方案。在改进方案中,先筛选出高于平均信道增益的子信道,对这些子信道直接分配平均比特数。在预分配完成之后,按照Hughes-Hartogs算法的思想将剩余比特每次分配给功率增加量最小的子信道。经过分析可以得知,改进后的功率计算次数为(_bR-MR)?N,功率比较次数为(N-M),对应的Hughes-Hartogs算法功率计算次数为_bR?N,功率比较次数为N。因此,改进的自适应资源分配方案具有较低的计算复杂度。从仿真结果可以看出,改进的自适应资源分配方案和Hughes-Hartogs算法的性能是一致的。这表明改进的自适应资源分配方案在降低计算复杂度的同时,保证了方案的性能。2.在多用户自适应资源分配中,针对一些经典的方案存在的搜索精度不高、迭代次数多、用户公平度和系统容量难以兼顾的问题,提出了一种改进的多用户自适应资源分配方案。首先,通过借鉴文献引入公平度这一概念。接着通过引入差分进化算法的交叉、变异两种行为模式到人工鱼群算法中,并改进人工鱼的随机行为。在资源分配过程中,先在一定公平度门限下将系统内的子信道分配给用户,然后利用改进的人工鱼群算法对系统功率进行分配,以提高系统的传输容量。仿真结果表明,在公平度为0.99和用户数为14的情况下,本文改进的资源分配方案相比于AFSA算法和Shen算法,系统容量分别提升了0.057bit/s/Hz和0.122bit/s/Hz。在公平度为0.95和用户数为14的情况下,相比于以上两种算法,系统容量分别提升了0.132bit/s/Hz和0.198bit/s/Hz。在用户数为8的情况下,改进方案迭代5次可得到收敛值,相比于AFSA算法降低了15次。因此,改进的自适应资源分配方案在兼顾用户公平度的同时,提升了系统容量,降低了迭代次数。3.针对目前自适应资源分配方案实现较少的问题,本文对改进的单用户自适应资源分配方案进行了设计与实现。为了能够应用在实际的OFDM系统中,本文设计了资源分配模块和信源模块。接着基于FPGA工具和ISE软件,参考OFDM基带传输系统,设计实现了一些系统模块,包括调制模块、插入导频模块、IFFT变换模块、插入循环前缀模块、短训练序列和长训练序列模块。这样,经过这些模块的处理,待发送的比特数据就可以形成完整的OFDM帧,可以经由之后的模块处理并发送出去。最后,本文对这些模块进行了实现,并将数据导出和matlab产生的数据进行对比。经过数据分析可知,两组数据之间实部绝对误差为幅度值0.016%,虚部绝对误差约为幅度值0.017%,验证了数据的准确性。
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