V-MIMO系統(tǒng)中用戶配對與資源分配問題研究.pdf

1、隨著無線通信技術的不斷發(fā)展以及各類電子設備的無線化和智能化，人們可以隨時隨地與任何人或設備進行信息通信、辦公或娛樂等。包含在線視頻、網絡通話、云存儲業(yè)務等在內的移動互聯(lián)網多媒體應用正在逐步成為各行各業(yè)人們的新寵，這些新興的業(yè)務具有數據速率高、實時性高等特點，如此便對無線通信系統(tǒng)數據傳輸速率提出了更高的要求。多輸入多輸出(Multiple InputMultiple Output，MIMO)技術由于具有高頻譜利用率和高系統(tǒng)容量等優(yōu)點，被廣

2、泛應用于無線通信網絡中。然而考慮到體積和能耗等問題，在微型手持移動終端上部署多天線是不切實際的。為了克服該問題，相應地，人們針對于長期演進技術(Long Term Evolution，LTE)上行系統(tǒng)提出了虛擬MIMO(VirtualMIMO，V-MIMO)技術。V-MIMO技術是將多個單天線移動終端與一個多天線基站結合形成一個虛擬的MIMO系統(tǒng)，以期獲得和MIMO系統(tǒng)類似的性能提升。不同于LTE下行無線通信系統(tǒng)采用的正交頻分多址接入技

3、術(OrthogonalFrequency Division Multiple Access，OFDMA)，LTE上行V-MIMO系統(tǒng)采用具有低峰值平均功率比(Peak to Average Power Ratio，PAPR)的單載波頻分多址接入技術（Single Carrier Frequency Division Multiple Access，SC-FDMA），在進行頻域資源分配時需要考慮連續(xù)性約束，此外還需要對用戶進行分組配對，

4、故研究V-MIMO系統(tǒng)中的用戶配對與資源分配問題具有非常重要的意義。
　　本文主要研究LTE上行V-MIMO系統(tǒng)中用戶配對與資源分配聯(lián)合調度問題以及與此相關聯(lián)的系統(tǒng)穩(wěn)定性問題，主要研究內容和貢獻如下:
　　建立了基于收益函數的一般性數學模型:基于收益函數理論，我們建立了LTE上行V-MIMO系統(tǒng)中用戶配對與資源分配聯(lián)合調度問題的一般性數學模型。該收益函數具有一般性，其可以根據需求設定為系統(tǒng)吞吐量性、用戶公平性等以實現不同的調

5、度策略。此外，本文還證明了該一般性優(yōu)化問題是NP-hard的。
　　提出了多種聯(lián)合調度算法:針對于上述聯(lián)合調度問題，本文分別從最優(yōu)解算法、啟發(fā)式算法和近似算法等三個角度出發(fā)，相對應地提出了最優(yōu)解算法B-QPF，啟發(fā)式算法FuF和具有常數近似因子2的近似算法B-LRT，其中后兩者為通用型算法，可以根據實際需求對收益函數進行設定。從仿真結果來看，B-QPF算法改善了已有用戶配對算法對隊列模型系統(tǒng)的支持;FuF算法在保持良好性能的同時具

6、有最低的算法復雜度;B-LRT算法對原問題近似程度最好，雖犧牲了部分算法復雜度，但換來了最好的性能表現。
　　提出了一種聯(lián)合調度算法穩(wěn)定性判定方法:含數據隊列模型的資源調度系統(tǒng)穩(wěn)定性問題近來越來越受重視。本文基于李雅普諾夫穩(wěn)定性理論分析了用戶配對與資源分配聯(lián)合調度算法對數據隊列系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，并提出了一種聯(lián)合調度算法穩(wěn)定性判決條件，可以極大簡化算法穩(wěn)定性的分析過程。此外，我們基于此判決條件對本文所提的B-QPF算法和B-LRT算