CN102421181B - 基于认知无线电系统中的子频带功率分配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于认知无线电系统中的子频带功率分配方法，它将认知无线电技术和OFDM技术方案有效结合起来，根据认知无线电中功率分配技术，改变以往OFDM系统中对子载波进行功率分配的方法，提出子频带功率分配思想，最终在基于OFDM技术认知无线电系统中实现，较以往的按子载波进行功率分配算法在算法复杂度上有明显的降低。
Description
技术领域
本发明涉及认知无线电系统中功率分配方法，特别适用于降低子载波算法复杂度，实现合理的功率分配过程。
背景技术
目前基于OFDM的认知无线电技术，对于功率分配的实现大都是基于子载波进行的，即对每个正交的子载波分配不同的功率，这样使得计算复杂度高且在实际工程实现上也比较困难。
发明内容
本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种低复杂度的功率分配方法。本发明完全解决了载波功率分配方法中复杂度高，硬件实现上困难的问题。
本发明的目的是这样实现的：基于认知无线电系统中的子频带功率分配方法，以上方法通过将频谱感知获得频谱信息，对可用频谱按频段进行划分，对每个子频带上的发射功率进行合理分配，实现较好的系统通信性能，其特征在于包括以下步骤：
(1)将可用频谱进行子频带划分；
(2)利用注水算法计算各子频带的功率；
(3)调整高信噪比和低信噪比两种情况下的功率分配大小；如为高信噪比，则转入步骤(4)；如为低信噪比，则转入步骤(8)；否则转入步骤(12)；
(4)设置相应调制方式门限值为最高阶调制方式门限值；
(5)如果所有子频带γi值均已达到设定的相应调制方式门限值，则此时数据传输速率已经达到上限，则不需要继续重新分配功率，转入步骤(12)；否则，计算所有子频带是否有超出设定的相应调制方式门限值，若有，转入步骤(6)，如果没有，则转入步骤(7)；其中，γi为子频带的信噪比值；
(6)部分信道状态好的子频带γi值超出最高阶调制方式门限值，计算出该子频带在达到最高阶门限值时所需要的最低功率值，将多余的功率通过注水算法，分配给未能达到最高阶调制方式的子频带；转入步骤(5)；
(7)当子频带中γi值均没有超出设定的最高阶调制方式门限值时，则计算各个子频带γi值是否全部未达到设定的次高阶调制方式门限值γQPSK，若否，将相应调制方式门限值设置为次高阶调制方式QPSK的门限值γQPSK，转入步骤(5)；若是，则退出调整，转入步骤(12)；
(8)设置门限值为BPSK调制方式门限值；
(9)若所有子频带γi值均达到BPSK调制方式门限值，则退出调整，转入步骤(12)；计算所有子频带γi值是否均未达到BPSK调制方式门限值，若是，则转入步骤(10)；若否，则转入步骤(11)；
(10)对所有子频带γi进行排序，将γi最小的频带上所分配的功率置0，舍弃此频带，然后将剩余的功率重新利用注水算法进行分配；转入步骤(9)；
(11)计算子频带γi值达到BPSK调制方式门限值的子频带选择BPSK调制方式所需要的最小功率值，然后将多余功率分配给其他剩余子频带，利用注水算法对剩余子频带进行功率分配，转入步骤(9)；
(12)根据功率分配结果，反馈至信号发送端，信号发送端调整各子频带的发送功率。
其中，步骤(2)中的各个子频带内的子载波所分配的功率值是相同的。
本发明与现有技术相比的有益效果为：
(1)在保证系统通信性能的前提下，算法复杂度降低了27％左右；
(2)提高了系统的功率利用效率。
附图说明
图1是频带划分与选取方式的示意图；
图2是高信噪比下功率调整过程的流程图；
图3是低信噪比下功率调整过程的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步的说明。
基于认知无线电系统中的子频带功率分配方法，以上方法通过将频谱感知获得频谱信息，对可用频谱按频段进行划分，对每个子频带上的发射功率进行合理分配，实现较好的系统通信性能，其特征在于包括以下步骤：
(1)将可用频谱进行子频带划分；
划分方式如图1所示。
假设在一个频段范围内，将此频段范围划分为8个频段，根据信道估计结果，选择其中信道特性较好的几个频段，即可以进行正常通信的子频带，并在其频段上发送数据。
将此频段范围通过OFDM技术进行通信，若将其划分为1024个子载波，则每个子频带占据128个子载波，这样可以把整个频段范围看成一个整体，且只在可用子频带所占据的子载波上发送数据，这样就相当于将一些不连续的可用子载波聚合在一起同时进行数据通信。
(2)利用注水算法计算各子频带的功率；
根据信道状态估计结果，利用传统注水算法对各个子频带进行功率分配计算。
(3)调整高信噪比和低信噪比两种情况下的功率分配大小；如为高信噪比，则转入步骤(4)；如为低信噪比，则转入步骤(8)；否则转入步骤(12)；
在系统给定误码率要求下，根据式(1)对三种不同调制方式设定不同的三个门限值，并通过信道估计结果和功率分配结果，来计算各个子频带对应的：
γi＝pi|Hi|2/σ2 (1)
其中i为子频带数量，n表示在第i个子频带内子载波的个数，即|Hi|2表示处于第i个子频带内所有子载波增益幅值和。pi表示通过注水算法计算出在第i个子频带分配的功率值大小。
(4)设置门限值为最高阶调制方式门限值；
如图2所示。在初次通过注水算法对各个子频带功率分配完毕之后，预先设置最高阶调制方式门限值γ16QAM。
(5)如果所有子频带γi值均已达到设定的相应调制方式门限值，则此时数据传输速率已经达到上限，则不需要继续重新分配功率，转入步骤(12)；否则，计算所有子频带是否有超出设定的相应调制方式门限值，若有，转入步骤(6)，如果没有，则转入步骤(7)；
计算所有子频带的γi值，如果所有子频带γi值均已达到最高阶调制方式门限值，说明此时数据传输速率已经达到上限，则不需要继续重新分配功率。反之，计算所有子频带有否超出最高阶调制方式门限值，若有则进行重新功率分配。
(6)部分信道状态好的子频带γi值超出最高阶调制方式门限值，计算出该子频带在达到最高阶门限值时所需要的最低功率值，将多余的功率通过注水算法，分配给未能达到最高阶调制方式的子频带；转入步骤(5)；
将富余功率通过注水算法，对未能达到最高阶调制方式的子频带进行重新功率分配，这样其它子频带所获得的发射功率将会增加，继续按以上算法步骤循环，当子频带中γi值没有超出高阶调制方式门限值时，则计算各个子频带γi值是否全部未达到次高阶调制方式门限值γQPSK，若均为达到，则退出。反之对子频带功率值进行第二阶段调整，首先改变所设置的门限值，将门限值设置为调制方式QPSK的门限值γQPSK，计算所有子频带的γi值，如果所有子频带γi值均已达到次高阶调制方式门限值γQPSK，说明此时数据传输速率已经达到上限，则不需要继续重新分配功率。反之，计算所有子频带有否超出次高阶调制方式门限值γQPSK，若有则进行重新功率分配。
(7)当子频带中γi值均没有超出设定的最高阶调制方式门限值时，则计算各个子频带γi值是否全部未达到设定的次高阶调制方式门限值γQPSK，若否，将门限值设置为次高阶调制方式QPSK的门限值γQPSK，转入步骤(5)；若是，则退出调整，转入步骤(12)；
将富余功率通过注水算法，对未能达到最高阶调制方式的子频带重新进行功率分配，这样其它子频带所获得的发射功率将会增加，继续按以上算法步骤循环，当子频带中γi值没有超出次高阶调制方式门限值时，则计算各个子频带γi值是否全部未达到次高阶调制方式门限值γQPSK，若均为达到，则退出。
(8)设置门限值为BPSK调制方式门限值；
低信噪比情况下调整过程如图3所示。
(9)若所有子频带γi值均达到BPSK调制方式门限值，则退出调整，转入步骤(12)；计算所有子频带γi值是否均未达到BPSK调制方式门限值，若是，则转入步骤(10)；若否，则转入步骤(11)；
(10)对所有子频带γi进行排序，将γi最小的频带上所分配的功率置0，舍弃此频带，然后将剩余的功率重新利用注水算法进行分配；转入步骤(9)；
(11)计算子频带γi值达到BPSK调制方式门限值的子频带选择BPSK调制方式所需要的最小功率值，然后将多余功率分配给其他剩余子频带，利用注水算法对剩余子频带进行功率分配，转入步骤(9)；
(12)根据功率分配结果，反馈至信号发送端，信号发送端调整各子频带的发送功率。
Claims (2)
1.基于认知无线电系统中的子频带功率分配方法，以上方法通过将频谱感知获得频谱信息，对可用频谱按频段进行划分，对每个子频带上的发射功率进行合理分配，其特征在于包括以下步骤：
(1)将可用频谱进行子频带划分；
(2)利用注水算法计算各子频带的功率；
(3)调整高信噪比和低信噪比两种情况下的功率分配大小；如为高信噪比，则转入步骤(4)；如为低信噪比，则转入步骤(8)；
(4)设置相应调制方式门限值为最高阶调制方式门限值；
(5)如果所有子频带γi值均已达到设定的相应调制方式门限值，则此时数据传输速率已经达到上限，则不需要继续重新分配功率，转入步骤(12)；否则，计算所有子频带γi值是否有超出设定的相应调制方式门限值，若有，转入步骤(6)，如果没有，则转入步骤(7)；其中，γi为子频带的信噪比值；
(6)部分信道状态好的子频带γi值超出设定的相应调制方式门限值，计算出该子频带在达到设定的相应调制方式门限值时所需要的最低功率值，将多余的功率通过注水算法，分配给未能达到设定的相应调制方式的子频带；转入步骤(5)；
(7)当子频带中γi值均没有超出设定的最高阶调制方式门限值时，则计算各个子频带γi值是否全部未达到设定的次高阶调制方式门限值γQPSK，若否，将相应调制方式门限值设置为次高阶调制方式QPSK的门限值γQPSK，转入步骤(5)；若是，则退出调整，转入步骤(12)；
(8)设置门限值为BPSK调制方式门限值；
(9)若所有子频带γi值均达到BPSK调制方式门限值，则退出调整，转入步骤(12)；计算所有子频带γi值是否均未达到BPSK调制方式门限值，若是，则转入步骤(10)；若否，则转入步骤(11)；
(10)对所有子频带γi进行排序，将γi最小的频带上所分配的功率置0，舍弃此频带，然后将剩余的功率重新利用注水算法进行分配；转入步骤(9)；
(11)计算子频带γi值达到BPSK调制方式门限值的子频带选择BPSK调制方式所需要的最小功率值，然后将多余功率分配给其他剩余子频带，利用注水算法对剩余子频带进行功率分配，转入步骤(9)；
(12)根据功率分配结果，反馈至信号发送端，信号发送端调整各子频带的发送功率。
2.根据权利要求1所述的基于认知无线电系统中的子频带功率分配方法，其特征在于：步骤(2)中的各个子频带内的子载波所分配的功率值是相同的。
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