【分集/不分集OFDM】分集/不分集多跳OFDM信道容量,分别考虑功率分配带子载波配对，功率分配不带子载波配对等
分配 考虑 分别 功率 OFDM 配对 载波
2023-09-11 14:15:33 时间
1.软件版本
matlab2017b
2.本算法理论知识
[1] Ying W , Qu X C , Tong W , et al. Power Allocation and Subcarrier Pairing Algorithm for Regenerative OFDM Relay System[C]// IEEE Vehicular Technology Conference-vtc-spring. IEEE, 2007.
3.部分源码
clc;
clear;
close all;
warning off;
%参数初始化
d0 = 10;
Distance = 1000;
Path_loss_factor = [4;4;4];
SP = 5;
Fre_carrier = 2e9;
SB = 1.92e6;
Num_sc = 128;
SCB = 15e3;
Delay = [0,0.2,0.8,1.2,2.3,3.7];
Gain = [0,-0.9,-4.9,-8,-7.8,-23.9];
Dist_Tx_Rn = [300:40:660];
SNR = 0.8;
Simu_Times = 20;%循环次数越多，最后得到的曲线越光滑
N_hop = 2;
gammar = 0.152;
Time_Slot = 1;
PA_W_P = zeros(length(Dist_Tx_Rn),1);
PA_Wo_P = zeros(length(Dist_Tx_Rn),1);
uPA_W_P = zeros(length(Dist_Tx_Rn),1);
uPA_Wo_P = zeros(length(Dist_Tx_Rn),1);
dirl = zeros(length(Dist_Tx_Rn),1);
%%
%不分集OFDM的功率分配带子载波配对算法下的信道容量；
%PA with pairing without diversity
C1 = 0;
C1s = 0;
for Ss = 1:length(Dist_Tx_Rn)
Ss
%利用蒙特卡洛算法思想，进行多次的循环，再计算平均
for q=1:Simu_Times
for Ts = 1:Time_Slot
Cha = 0.5e-1*random('rayleigh',1,N_hop/Time_Slot,Num_sc);
Sub = zeros(N_hop/Time_Slot,Num_sc);%每跳的子载波分布向量
Capacity = zeros(1,N_hop/Time_Slot); %定义容量向量
for i=1:N_hop/Time_Slot
%每一跳噪声设定
n0 = randn(1,10000)*sqrt(SCB*0.5e-10);
N0 = std(n0,1,2)^2/SCB;
%选择其中的min值
[a,ind] = min(Cha(:,Time_Slot));
%将选中的载波的信道因子赋值给该跳的子载波分布向量
Sub(i,ind)= a;
%进行注水功率分配
[Capacity1(i),Powers1] = pwrallo(SP,Sub(i,:),SCB,N0,gammar);
%载波被某一跳占用，将所有跳上的该载波信道因子设为0
Cha(:,ind) = 0;
end
while max(Cha(:))> 0 %判断是否有未分配的载波，有的话继续分配
[b,indexmin] = min(Capacity1); %找出速率最小的跳
i = indexmin;
[c,indexmax] = max(Cha(i,:)); %给最小的跳分配载波
k = indexmax;
Sub(i,k) = c;
[Capacity1(i),Powers1] = pwrallo(SP,Sub(i,:),SCB,N0,gammar);
Cha(:,k) = 0;
end
end
%通过注水法得到的每个Powers1，然后进行sub_carrier pairing
%通过注水法得到的每个Powers1，然后进行sub_carrier pairing
Num_sc1 = randperm(Num_sc);
Num_sc2 = randperm(Num_sc);
for kk = 1:length(Num_sc2)
h1k(kk)= func_h1(Delay,Gain,Num_sc,SB,Dist_Tx_Rn(Ss),Path_loss_factor(2),Num_sc1(kk));
h2k(kk)= func_h2(Delay,Gain,Num_sc,SB,Dist_Tx_Rn(Ss),Path_loss_factor(3),Num_sc2(kk));
hk(kk) = h1k(kk)*h2k(kk)/(h1k(kk) + h2k(kk));
delta = (SNR)^2/2;
a1k(kk)= (abs(h1k(kk)))^2/delta;
a2k(kk)= (abs(h2k(kk)))^2/delta;
end
%中继功率分配
[Capacity1,Powers1s] = pwrallo(SP,abs(hk),SCB,N0,gammar);
%排序
A1k = sort(a1k);
A2k = sort(a2k);
for kk = 1:length(Powers1)
Pk = Powers1s(kk)+1/((A1k(kk)*A2k(kk))/(A1k(kk)+A2k(kk)));
C1(kk) = log2(1 + (A1k(kk)*A2k(kk))/(A1k(kk)+A2k(kk))*Pk);
end
C1s(q) = SB/(2*Num_sc)*sum(C1);
end
PA_W_P(Ss) = mean(C1s)/1e6;
end
%**************************************************************************
%**************************************************************************
%**************************************************************************
%**************************************************************************
%%
%不分集OFDM的功率分配不带子载波配对算法下的信道容量；
%PA without pairing without diversity
C1 = 0;
C1s = 0;
for Ss = 1:length(Dist_Tx_Rn)
Ss
%利用蒙特卡洛算法思想，进行多次的循环，再计算平均
for q=1:Simu_Times
for Ts = 1:Time_Slot
Cha = 0.5e-1*random('rayleigh',1,N_hop/Time_Slot,Num_sc);
Sub = zeros(N_hop/Time_Slot,Num_sc);%每跳的子载波分布向量
Capacity = zeros(1,N_hop/Time_Slot); %定义容量向量
for i=1:N_hop/Time_Slot
%每一跳噪声设定
n0 = randn(1,10000)*sqrt(SCB*0.5e-10);
N0 = std(n0,1,2)^2/SCB;
%选择其中的min值
[a,ind] = min(Cha(:,Time_Slot));
%将选中的载波的信道因子赋值给该跳的子载波分布向量
Sub(i,ind)= a;
%进行注水功率分配
[Capacity1(i),Powers1] = pwrallo(SP,Sub(i,:),SCB,N0,gammar);
%载波被某一跳占用，将所有跳上的该载波信道因子设为0
Cha(:,ind) = 0;
end
while max(Cha(:))> 0 %判断是否有未分配的载波，有的话继续分配
[b,indexmin] = min(Capacity1); %找出速率最小的跳
i = indexmin;
[c,indexmax] = max(Cha(i,:)); %给最小的跳分配载波
k = indexmax;
Sub(i,k) = c;
[Capacity1(i),Powers1] = pwrallo(SP,Sub(i,:),SCB,N0,gammar);
Cha(:,k) = 0;
end
end
for kk = 1:length(Powers1)
h1k = func_h1(Delay,Gain,Num_sc,SB,Dist_Tx_Rn(Ss),Path_loss_factor(2),kk);
h2k = func_h2(Delay,Gain,Num_sc,SB,Dist_Tx_Rn(Ss),Path_loss_factor(3),kk);
delta = (SNR)^2/2;
a1k = (abs(h1k))^2/delta;
a2k = (abs(h2k))^2/delta;
Pk = Powers1(kk)+1/((a1k*a2k)/(a1k+a2k));
C1(kk) = log2(1 + (a1k*a2k)/(a1k+a2k)*Pk);
end
C1s(q) = SB/(2*Num_sc)*sum(C1);
end
PA_Wo_P(Ss) = mean(C1s)/1e6;
end
%**************************************************************************
%**************************************************************************
%**************************************************************************
%**************************************************************************
%%
%不分集OFDM的均匀功率分配带子载波配对算法下的信道容量；
%uniform PA without pairing without diversity
for Ss = 1:length(Dist_Tx_Rn)
Ss
%利用蒙特卡洛算法思想，进行多次的循环，再计算平均
for q=1:Simu_Times
%通过注水法得到的每个Powers1，然后进行sub_carrier pairing
%通过注水法得到的每个Powers1，然后进行sub_carrier pairing
Num_sc1 = randperm(Num_sc);
Num_sc2 = randperm(Num_sc);
for kk = 1:length(Num_sc2)
h1k(kk)= func_h1(Delay,Gain,Num_sc,SB,Dist_Tx_Rn(Ss),Path_loss_factor(2),Num_sc1(kk));
h2k(kk)= func_h2(Delay,Gain,Num_sc,SB,Dist_Tx_Rn(Ss),Path_loss_factor(3),Num_sc2(kk));
hk(kk) = h1k(kk)*h2k(kk)/(h1k(kk) + h2k(kk));
delta = (SNR)^2/2;
a1k(kk)= (abs(h1k(kk)))^2/delta;
a2k(kk)= (abs(h2k(kk)))^2/delta;
end
%排序
A1k = sort(a1k);
A2k = sort(a2k);
for kk = 1:Num_sc
%均匀分配
Pk = SP/Num_sc;
tmp1(kk)=(A1k(kk)*A2k(kk))/(A1k(kk)+A2k(kk));
C1(kk) = log2(1 + tmp1(kk)*Pk);
end
C1s(q) = SB/(2*Num_sc)*sum(C1);
end
uPA_W_P(Ss) = mean(C1s)/1e6;
end
%**************************************************************************
%**************************************************************************
%**************************************************************************
%**************************************************************************
%%
%不分集OFDM的均匀功率分配不带子载波配对算法下的信道容量；
%uniform PA without pairing without diversity
for Ss = 1:length(Dist_Tx_Rn)
Ss
%利用蒙特卡洛算法思想，进行多次的循环，再计算平均
for q=1:Simu_Times
Num_sc1 = randperm(Num_sc);
Num_sc2 = randperm(Num_sc);
for kk = 1:Num_sc
h1k(kk) = func_h1(Delay,Gain,Num_sc,SB,Dist_Tx_Rn(Ss),Path_loss_factor(2),Num_sc1(kk));
h2k(kk) = func_h2(Delay,Gain,Num_sc,SB,Dist_Tx_Rn(Ss),Path_loss_factor(3),Num_sc2(kk));
delta = (SNR)^2/2;
a1k(kk) = (abs(h1k(kk)))^2/delta;
a2k(kk) = (abs(h2k(kk)))^2/delta;
%均匀分配
Pk = SP/Num_sc;
tmp2(kk) =(a1k(kk)*a2k(kk))/(a1k(kk)+a2k(kk));
C1(kk) = log2(1 + tmp2(kk)*Pk);
end
C1s(q) = SB/(2*Num_sc)*sum(C1);
end
uPA_Wo_P(Ss) = mean(C1s)/1e6;
end
%**************************************************************************
%**************************************************************************
%**************************************************************************
%**************************************************************************
%%
%不分集OFDM的不使用功率分配和子载波配对算法下的信道容量；
%direct link
for Ss = 1:length(Dist_Tx_Rn)
dirl(Ss) = SB*log(1+SNR)/1e6;
end
%**************************************************************************
%**************************************************************************
%**************************************************************************
%**************************************************************************
figure;
plot(Dist_Tx_Rn,PA_W_P,'k-^','LineWidth',2);
hold on
plot(Dist_Tx_Rn,PA_Wo_P,'b-*','LineWidth',2);
hold on
plot(Dist_Tx_Rn,uPA_W_P,'r-o','LineWidth',2);
hold on
plot(Dist_Tx_Rn,uPA_Wo_P,'m-s','LineWidth',2);
hold on
plot(Dist_Tx_Rn,dirl,'g-+','LineWidth',2);
hold off
legend('PA with Pairing','PA without Pairing','Uniform PA with Pairing','Uniform PA without Pairing','Direct link');
grid on;
xlabel('The distance between TX and RN(without diversity)');
ylabel('Capacity bps/Hz');
axis([300,660,1,2]);
axis square 4.仿真结论
·不分集OFDM的功率分配带子载波配对算法下的信道容量；
·不分集OFDM的功率分配不带子载波配对算法下的信道容量；
·不分集OFDM的均匀功率分配带子载波配对算法下的信道容量；
·不分集OFDM的均匀功率分配不带子载波配对算法下的信道容量；
·不分集OFDM的不使用功率分配和子载波配对算法下的信道容量；
我们的仿真结果如下所示：
这个部分主要是仿真如下的五个部分内容：
·分集OFDM的功率分配带子载波配对算法下的信道容量；
·分集OFDM的功率分配不带子载波配对算法下的信道容量；
·分集OFDM的均匀功率分配带子载波配对算法下的信道容量；
·分集OFDM的均匀功率分配不带子载波配对算法下的信道容量；
·分集OFDM的不使用功率分配和子载波配对算法下的信道容量；
我们的仿真结果如下所示：
这个部分主要是仿真如下的五个部分内容：
·不分集2跳OFDM的功率分配带子载波配对算法下的信道容量（SIR）；
·不分集2跳OFDM的功率分配不带子载波配对算法下的信道容量（SIR）；
·不分集2跳OFDM的均匀功率分配带子载波配对算法下的信道容量（SIR）；
·不分集2跳OFDM的均匀功率分配不带子载波配对算法下的信道容量（SIR）；
·不分集2跳OFDM的不使用功率分配和子载波配对算法下的信道容量（SIR）；
我们的仿真结果如下所示：
·不分集3跳OFDM的功率分配带子载波配对算法下的信道容量（SIR）；
·不分集3跳OFDM的功率分配不带子载波配对算法下的信道容量（SIR）；
·不分集3跳OFDM的均匀功率分配带子载波配对算法下的信道容量（SIR）；
·不分集3跳OFDM的均匀功率分配不带子载波配对算法下的信道容量（SIR）；
·不分集3跳OFDM的不使用功率分配和子载波配对算法下的信道容量（SIR）；
我们的仿真结果如下所示：
·分集2跳OFDM的功率分配带子载波配对算法下的信道容量（SIR）；
·分集2跳OFDM的功率分配不带子载波配对算法下的信道容量（SIR）；
·分集2跳OFDM的均匀功率分配带子载波配对算法下的信道容量（SIR）；
·分集2跳OFDM的均匀功率分配不带子载波配对算法下的信道容量（SIR）；
·分集2跳OFDM的不使用功率分配和子载波配对算法下的信道容量（SIR）；
我们的仿真结果如下所示：
5.参考文献
[1] Ying W , Qu X C , Tong W , et al. Power Allocation and Subcarrier Pairing Algorithm for Regenerative OFDM Relay System[C]// IEEE Vehicular Technology Conference-vtc-spring. IEEE, 2007.A01-64
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