MATLAB单用户注水算法功率分配优化工具

资 源 简 介

该项目基于MATLAB实现经典的单用户注水算法，用于通信系统功率分配优化。通过分析信道质量参数，自动计算总功率约束下的最优分配方案，优先分配功率至优质信道以最大化系统容量。适用于通信理论研究与教学演示。

详 情 说 明

单用户注水算法在通信功率分配优化中的 MATLAB 实现

项目介绍

本项目实现了通信系统中经典的单用户注水算法，用于求解总功率约束条件下的最优功率分配问题。该算法基于凸优化理论，通过智能地将更多功率分配给信道条件较好的子载波，实现系统总容量的最大化。算法包含完整的功率约束验证、信道参数归一化处理以及迭代功率分配流程。

功能特性

• 最优功率分配：根据信道增益与噪声条件，动态计算各子信道的最优功率分配值
• 容量最大化：以确保系统总容量达到最大化为目标进行功率分配
• 鲁棒性处理：内置参数验证与归一化处理，增强算法稳定性
• 收敛监控：提供迭代次数记录和收敛状态指示，便于算法性能分析

使用方法

基本调用

% 输入参数定义 channelGains = [0.8; 1.2; 0.5; 1.6]; % 信道增益向量（n×1） totalPower = 10; % 总功率约束 noisePower = 0.1; % 噪声功率（标量或n×1向量） tolerance = 1e-6; % 收敛容差（可选）

% 算法执行 [optimalPowers, totalCapacity, iterations, isConverged] = ... waterfilling_algorithm(channelGains, totalPower, noisePower, tolerance);

输出结果

• optimalPowers：n×1 最优功率分配向量
• totalCapacity：系统最终达到的总信道容量
• iterations：算法收敛所需迭代次数
• isConverged：布尔值，指示算法是否成功收敛

系统要求

• MATLAB 版本：R2018a 或更高版本
• 必要工具箱：无需额外工具箱，仅使用基础 MATLAB 功能

文件说明

主程序文件实现了完整的注水算法流程，包括输入参数的验证与预处理、功率分配阈值的迭代计算、最优功率向量的分配逻辑以及结果收敛性判断。该文件通过循环迭代方式动态调整功率分配水位线，确保在满足总功率约束的前提下最大化系统容量，并实时监控算法收敛状态。