基于注水算法的宽带无线通信资源分配优化问题求解及Matlab实现

基于注水算法的宽带无线通信资源分配优化问题求解及Matlab实现

宽带无线通信系统中，资源分配是一个关键问题。资源分配的目的是将有限的资源分配给不同的用户，以最大限度地提高系统容量和频谱效率。资源分配问题是一个NP难问题，因此很难找到最优解。为了解决这个问题，人们提出了各种启发式算法，如注水算法。

注水算法

注水算法是一种基于贪婪思想的启发式算法。该算法首先将所有资源分配给一个用户，然后逐个用户地将资源从该用户转移到其他用户，直到所有资源都被分配完毕。在转移资源时，注水算法会考虑资源的利用率和用户的服务质量，以确保系统容量和频谱效率的最大化。

基于注水算法的宽带无线通信资源分配优化问题求解

在宽带无线通信系统中，资源分配优化问题可以表述为：

为了求解该优化问题，可以采用基于注水算法的启发式算法。该算法的具体步骤如下：

1. 将所有资源分配给一个用户。
2. 逐个用户地将资源从该用户转移到其他用户，直到所有资源都被分配完毕。
3. 在转移资源时，考虑资源的利用率和用户的服务质量，以确保系统容量和频谱效率的最大化。

Matlab代码实现

% in this programe a highly scattered enviroment is considered. The   
% Capacity of a MIMO channel with nt transmit antenna and nr recieve   
% antenna is analyzed. The power in parallel channel (after   
% decomposition) is distributed as water-filling algorithm   
% the pdf of the matrix lanada elements is depicted too.   
clear all   
close all   
clc   
nt_V = [1 2 3 2 4];   
nr_V = [1 2 2 3 4];   
N0 = 1e-4;   
B  = 1;   
Iteration = 1e4; % must be grater than 1e2   
SNR_V_db = [-10:3:20];   
SNR_V    = 10.^(SNR_V_db/10);   
color = ['b';'r';'g';'k';'c'];   
notation = ['-o';'->';'<-';'-^';'-s'];   
for(k = 1 : 5)   
    nt = nt_V(k);   
    nr = nr_V(k);   
    for(i = 1 : length(SNR_V))   
        Pt = N0 * SNR_V(i);   
        for(j = 1 : Iteration)   
            H = random('rayleigh',1,nr,nt);   
            [S V D] = svd(H);   
            landas(:,j)  = diag(V);   
            [Capacity(i,j) PowerAllo] = WaterFilling_alg(Pt,landas(:,j),B,N0);   
        end   
    end   
    f1 = figure(1);   
    hold on   
    plot(SNR_V_db,mean(Capacity'),notation(k,:),'color',color(k,:))   
    f2 = figure(2);   
    hold on   
    [y,x] = hist(reshape(landas,[1,min(nt,nr)*Iteration]),100);   
    plot(x,y/Iteration,'color',color(k,:));   
    clear landas   
end   
f1 = figure(1);  
legend_str = [];   
for( i = 1 : length(nt_V))   
    legend_str =[ legend_str ;...   
        {['nt = ',num2str(nt_V(i)),' , nr = ',num2str(nr_V(i))]}];   
end   
legend(legend_str)   
grid on   
set(f1,'color',[1 1 1])   
xlabel('SNR in dB')   
ylabel('容量位/s/Hz')   
f2 = figure(2);  
legend(legend_str)   
grid on   
set(f2,'color',[1 1 1])   
ylabel('pdf of elements in matrix landa in svd decomposition of marix H')   

仿真结果

为了验证基于注水算法的宽带无线通信资源分配优化问题的求解性能，进行了仿真实验。仿真结果表明，该算法能够有效地提高系统容量和频谱效率。

结论

基于注水算法的宽带无线通信资源分配优化问题求解方法是一种有效的方法。该方法能够有效地提高系统容量和频谱效率，具有较好的应用前景。

参考文献

[1]李敏.宽带认知网络频谱感知和功率分配技术研究[D].西安电子科技大学,2015.DOI:10.7666/d.D01066407.

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