11、多用户OFDM系统中基于混合进化算法的子载波、比特和功率分配方案

多用户OFDM系统中基于混合进化算法的子载波、比特和功率分配方案

1. 引言

多用户正交频分复用（OFDM）是一种非常有前途的多址技术，可在多径衰落信道的宽带传输中有效利用有限的射频带宽和发射功率。在基于多用户OFDM的系统中，当多个用户共享宽带频谱时，不同用户在所有子载波上可能会经历不同的衰落条件。通过某种分配算法，每个用户会被分配所有子载波的一个子集。因此，通过根据不同位置用户的信道状态自适应调整子载波、比特和功率分配，可以实现多用户分集。

以往有多种解决子载波、比特和功率分配问题的方法。例如，Wong应用拉格朗日优化技术和迭代算法解决该问题，但该次优方案将NP难的联合优化问题解耦为两个步骤，计算复杂度较高；Wong还提出了实时子载波分配（SA）算法，这是一个两阶段算法，包括建设性初始分配（CIA）和子载波交换步骤，但初始子载波分配算法需要在分配过程开始前预先确定每个用户的子载波数量。Kim则将分配问题转化为整数规划（IP）问题，可采用分支定界算法找到最优解，但在最坏情况下具有指数级计算复杂度。

进化算法（EA）用于解决通过简单方法难以解决的极其复杂的搜索和优化问题。基于EA的方案已被应用于解决子载波、比特和功率分配问题。一般来说，染色体可以设计为二进制、整数或实数表示，染色体长度与子载波数量相关，染色体中的每个元素是分配给用户的一个子载波。

本文提出了一种混合进化算法（HEA）来解决子载波、比特和功率分配问题。HEA是一种基于EA的方法，与局部搜索算法相结合。文中还提出了两种基于EA的自然选择方案（NSS），即NSS - I和NSS - II，并进行了比较。同时，提出了一种局部细化策略来重新分配“空闲”子载波以提高性能和收敛速度。此外，还提出了一种适用于