由于電力線信道是時(shí)變和頻選信道，噪聲和干擾功率也較高，如果使用傳統(tǒng)的OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技術(shù)，傳輸多用戶信號衰減嚴(yán)重，將難以保證系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量[1]。自適應(yīng)OFDM技術(shù)根據(jù)每個(gè)用戶子載波對的信噪比，動態(tài)地為每個(gè)用戶分配子載波、子載波上的比特?cái)?shù)及發(fā)射功率，能有效降低惡劣信道特性對數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊憽Ｒ虼硕嘤脩糇赃m應(yīng)OFDM技術(shù)可以有效提高系統(tǒng)的頻帶利用率和服務(wù)質(zhì)量[2]。
    多用戶自適應(yīng)OFDM的關(guān)鍵技術(shù)之一是子載波、比特和功率等的分配。目前，針對不同的優(yōu)化目標(biāo)和約束條件有多種多用戶電力線通信OFDM系統(tǒng)的動態(tài)資源分配算法[3,4]，但均沒考慮在功率和速率限制下根據(jù)用戶的優(yōu)先級保證各用戶的最小要求速率，同時(shí)在剩余資源中尋求總速率的最大。
    本文針對多用戶電力線通信OFDM系統(tǒng)的限制條件，研究在功率地窖注水分配[5]后的子載波分配問題。先建立多用戶的速率自適應(yīng)子載波分配數(shù)學(xué)模型，再提出一種基于用戶實(shí)時(shí)優(yōu)先級和信道相關(guān)帶寬的動態(tài)子載波組分配算法,并在典型電力線信道環(huán)境下進(jìn)行仿真。
1 多用戶下速率自適應(yīng)子載波分配模型
    設(shè)電力線通信自適應(yīng)OFDM系統(tǒng)在每個(gè)OFDM符號內(nèi)的子載波數(shù)為N，RT業(yè)務(wù)用戶集為Ω1,用戶數(shù)為K1,每個(gè)用戶k要求的固定速率為Rk1、目標(biāo)BER為Pe1；NRT業(yè)務(wù)用戶集為Ω2，用戶數(shù)為K2，每個(gè)用戶k要求的最小速率為Rk2、目標(biāo)BER為Pe2。僅考慮子載波的分配，假設(shè)已知系統(tǒng)在每個(gè)子載波n上分配的功率pn且其滿足電力線通信的電磁干擾限制。為了降低復(fù)雜度,假定每個(gè)用戶子載波對所分配的比特為0~b內(nèi)的非負(fù)整數(shù)。
    設(shè)每個(gè)子載波只分配給1個(gè)用戶。用戶k的子載波n上可分配的最大許可比特?cái)?shù)rk,n為:

    (4) 方案信息熵的計(jì)算
　由決策者對指標(biāo)的主觀偏好權(quán)值和客觀信息權(quán)重，得到指標(biāo)si的綜合權(quán)重為:

     綜合考慮決策者對備選方案和指標(biāo)的主客觀信息后，應(yīng)使所選方案對所有指標(biāo)而言，距離偏好信息值和客觀信息熵值的偏差越小越好，為此建立最小二乘法的優(yōu)化決策模型為[8]:


3 子載波組自適應(yīng)分配
  

    (6) 統(tǒng)計(jì)各用戶已分配的速率，確定最小要求速率不足的用戶數(shù)Nno、最小要求速率剛好的用戶數(shù)Nok和最小要求速率超過的用戶數(shù)Nyes；統(tǒng)計(jì)各子載波上已分配的比特和功率，系統(tǒng)剩余的總功率和未用的子載波數(shù)等性能指標(biāo)。
4 仿真與分析
    子載波組分配方式雖然加快了子載波分配速度，但分得的用戶子載波對不一定最優(yōu)，甚至不匹配。為了對比，子載波分配仍采用類似組的方式，但每組僅有一個(gè)子載波，即采用次序分析法確定用戶優(yōu)先級的逐子載波分配方式，此為對比算法1。由于本文算法和對比算法1分配子載波的本質(zhì)不變，都蘊(yùn)含了決策者對用戶和指標(biāo)的偏好等信息，故再設(shè)計(jì)一種不含決策者偏好信息而以比特功率比值最大化為目標(biāo)的逐子載波分配方式，此為對比算法2。

    圖1(a)是在電力線信道環(huán)境下產(chǎn)生的4個(gè)用戶的單位功率載噪比曲線，其變化相似，范圍相同，其中用戶1的載噪比整體上最好，用戶2和3相差不大，而用戶4整體上最差。

    圖1(b)為系統(tǒng)的噪聲功率、功率上限曲線以及系統(tǒng)在總功率分別為5、10、15、20、25、30、35 mW下的注水分配功率曲線。由其可知，各子載波上的注水分配線都在功率上限之下和在噪聲功率之上；當(dāng)某子載波上的噪聲功率大于注水分配線時(shí)，不分配功率；隨著總功率的增加，注水分配線上升且上升值與總功率的增加值近似成比例，這些都與地窖注水分配功率的原理相符合。
　圖2是在系統(tǒng)總功率25 mW和基本速率30 bit/符號下，三種算法在部分子載波上實(shí)際分配的比特和使用的功率情況。由圖看出，子載波組分配的算法與對比算法1的性能非常接近,但與對比算法2的性能相差較大。其中每一子載波上分配的比特?cái)?shù)和功率均滿足約束要求；有些子載波未分配比特，這是因?yàn)樵撔诺罓顟B(tài)對任一用戶而言都惡劣，或雖信道狀態(tài)適中但系統(tǒng)的資源有限，而被關(guān)閉；有些子載波分配多比特，這是因?yàn)樵撔诺罓顟B(tài)對某用戶而言良好，但并非良好的子載波就一定要分配多的比特，這還與使用該子載波的用戶等有關(guān)；被關(guān)閉的子載波一定不分配功率，分配功率的子載波其功率不一定與分配的比特成正比，也與子載波的信道狀態(tài)有關(guān)，但功率分配的總原則是子載波狀態(tài)好的多分配，狀態(tài)差的少分甚至不分配。

   本文研究了多用戶電力線通信自適應(yīng)OFDM系統(tǒng)在功率地窖注水分配后的子載波分配問題。由于已有的子載波分配大都采用傳統(tǒng)的逐子載波方式，計(jì)算復(fù)雜度大。本文針對系統(tǒng)的限制條件，先建立多用戶在多子載波上的速率自適應(yīng)子載波分配數(shù)學(xué)模型，提出一種基于層次分析法得到用戶的實(shí)時(shí)優(yōu)先級和信道相關(guān)帶寬，以子載波組為單位對每個(gè)用戶進(jìn)行動態(tài)子載波分配的自適應(yīng)算法。為了對比，還仿真了以一個(gè)子載波為一組的子載波組分配算法。仿真結(jié)果表明,一子載波一組的子載波組分配算法性能最優(yōu)，但復(fù)雜度最大，而本文動態(tài)子載波組分配算法的性能與逐子載波分配對比算法的性能相當(dāng)，但復(fù)雜度大大減少，能適合系統(tǒng)資源充足或缺乏情況并能滿足多用戶資源分配的目標(biāo)要求。
參考文獻(xiàn)
[1]  MENG H, GUAN Y L, CHEN S.Modeling and analysis of     noise effects on broadband power-line communications[J]. IEEE Trans. Power Del., 2005,20(2):630-637.
[2]  NIKOLAOS P，THEODORE A． Fair resource allocation with improved diversity performance for indoor power-line  networks[J]．IEEE Trans. Power Del., 2007, 22(4): 2575-2576.
[3] PAPANDREOU N, ANTONAKOPOULOS T. Resource allocation management for indoor power-line communications systems[J]. IEEE Trans on Communications, 2007,22(2):893-903.
[4]  趙宇明,王贊基,郭靜波,等.考慮功率譜限制的電力線通信比特分配算法[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2006,26(5): 143-148．
[5]  徐志強(qiáng)，翟明岳，趙宇明．基于電力線信道作用能量時(shí)頻分布的能量分配[J]. 電力系統(tǒng)自動化, 2009, 33(1):75-80.
[6]  HOU H, ZHOU W, ZHOU S, et al. Cross-layer resource allocation for heterogeneous traffics in multiuser OFDM based on a new QoS fairness criterion[C]// in Proc. VTC,    Baltimore, MD, USA, Sept. 2007:1593-1597.
[7]  王欽, 文福拴, 劉敏,等. 基于模糊集理論和層次分析法的電力市場綜合評價(jià)[J]. 電力系統(tǒng)自動化, 2009,33
(7): 32-37.
[8]  李軍. 異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)融合理論與技術(shù)實(shí)現(xiàn)[M]. 北京:電子工業(yè)出版社, 2009.
[9]  郭磊,朱光喜.多用戶MIMO-OFDM自適應(yīng)子載波組分配的優(yōu)化算法[J]. 華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),
    2007,35(12):42-45.