OFDMA系统中功率分配算法研究.pdf

OFDMA 系统中功率分配算法研究 李智伟 北京邮电大学，北京（100876 ） E-mail ：Lihere11@ 摘 要：对正交频分多址（orthogonal frequency division multiple access ，OFDMA ）系统中的 功率分配算法进行了研究，首先介绍了 OFDMA 系统结构并给出了以最大化吞吐量和最小 化功率为优化目标的系统模型，然后对已有功率分配算法进行分类总结，最后对经典的分步 式贪婪功率分配算法进行了分析比较和总结。 关键词：正交频分多址，功率分配，性能分析 中图分类号：TN929.5 正交频分多址(OFDMA)技术是在 OFDM 的各个子载波上实现用户接入的一种多址技 术，尤其是用于OFDM 系统。该技术能够更好地实现多用户频率、时间分集增益。目前， OFDM 已经成为了3GPP LTE（long term evolution ）计划和2GPP2 AIE（air interface evolution ） 的首选物理层核心技术，并有望成为4G 的关键技术之一。 1．OFDMA 系统结构 在 OFDMA 系统中，假设系统带宽为B ，由于相邻的子载波上的快衰落程度近似，因 此具有相似衰落特性的一组连续子载波可以组合成一个子信道，以此作为最小的调度单元进 行资源分配，可以在性能基本不变的情况下减小控制信息的开销、降低算法的复杂度。设每 个小区活跃的用户数为K ，子载波的总数为M ，M ′个相邻子载波构成一个子信道，则子 信道数量为N M M ′，每个子信道的带宽为B B N ，子信道标号为1 到N ，并规定 n 每个子信道在一次调度中只能分配给一个用户。最后假设信道状态信息(CSI, channel state information)经移动台检测后可以通过控制信道无差错无延时地反馈到基站。 2 ．优化目标 对OFDM/OFDMA 系统的功率分配算法的研究由来已久[1]-[6] ，但优化目标主要分为两 类：最小化系统功率[7] [8] 及最大化系统吞吐 。 2.1 最小化功率 该目标主要是基于信道传输速率一定的条件，即在达到预定的目标用户速率的前提下， 尽可能的节省功率。针对这一目标，要预先设定用户的目标传输速率，作为功率控制的必要 约束条件，则该目标表述如下： K N min ∑∑αk ,n p k ,n k 1 n 1 ⎧K N ∑∑α , p , p ⎪ k n k n total k 1 n 1 (1) ⎪⎪ . . , 1, s t ⎨rk Rk k LK ⎪K ⎪⎪∑αk ,n 1 k 1 ⎩ 式(1)中，第一个约束条件为基站的总功率约束条件，基站的发送功率限定为p total ，p k ,n - 1 - 为第k 个用户在第n 个子信道上的功率；第二个约束条件确定了每个用户的吞吐量约束，r k 为第k 个用户的传输速率，Rk 为第