基于Message Passing的认知无线电快速资源分配

支姝婷，徐家品

(四川大学 电子信息学院，四川 成都 610065)



基于Message Passing的认知无线电快速资源分配

支姝婷，徐家品

(四川大学 电子信息学院，四川 成都 610065)

摘要针对多用户的OFDM认知无线电系统上行链路，提出一种基于Message Passing的分布式快速资源分配算法。该算法以认知系统总发射功率最小化为优化目标，综合考虑了认知用户对授权用户的干扰、总发射功率预算以及认知用户之间的比例公平性等约束条件，将资源分配分为子信道分配与功率分配相继2个步骤，构建资源分配的因子图，通过在节点间迭代地传递信息直至最终完成分布式的资源分配。分析和仿真结果表明，该算法在保证系统通信性能及资源分配公平性的前提下降低了系统总发射功率，并且运算效率得到了明显提升。

关键词认知无线电；OFDM；Message Passing；资源分配；比例公平

Fast Resource Allocation for Cognitive Radio Based on Message Passing

ZHI Shu-ting,XU Jia-pin

(CollegeofElectronicInformation,SichuanUniversity,ChengduSichuan610065,China)

AbstractAiming at the uplink of multiuser OFDM-based cognitive radio (CR) system,a fast distributed resource allocation algorithm based on message passing (MP) technique is proposed.The algorithm aims at minimizing total transmission power of the CR system,based on comprehensive consideration of constraint conditions such as the interference introduced by second users (SUs) into primary user (PU),the total transmission power budget,the proportional fairness among SUs,etc.The algorithm adopted two steps:subcarrier allocation and power allocation.By establishing a factor graph and passing messages iteratively from nodes to nodes,it can perform the distributed resource allocation to the end.The simulation results and the analysis show that,on the premise of ensuring communication performance and fairness,the proposed algorithm can reduce the total transmission power and improve the computation efficiency obviously.

Key wordscognitive radio (CR);OFDM;message passing (MP);resource allocation;proportional fairness

0引言

无线通信业务和用户需求的高速增长使得频谱资源日益匮乏，而某些频段利用率极低[1]，认知无线电(CR)成为了解决此问题的有效手段之一[2]。OFDM因其对频谱资源管理的高度灵活性被广泛应用于CR系统中。Message Passing (MP)的分布式特性使其在资源分配领域表现突出，运用于OFDM系统中，将全局复杂问题转变成多个局部简单问题并行处理，再通过在节点间迭代地传递信息得到局部问题最优解，从而使分布式资源分配得以实现[3-6]。

基于OFDM的CR系统资源分配近年来成为研究的热点。文献[7]利用公平指数来实现吞吐量和资源分配公平性的折中。文献[8-9]提出一种满足认知用户QoS需求的多目标优化贪婪分配算法。……