SC-FDMA系統(tǒng)跨層動態(tài)子載波分配算法研究.pdf

1、移動通信網(wǎng)絡(luò)的飛速革新推動了多媒體技術(shù)的蓬勃發(fā)展,同時也使得有限的頻域資源與用戶不斷增長的業(yè)務(wù)傳輸需求之間的矛盾日益突出。隨著長期演進(jìn)(Long Term Evolution,LTE)項目標(biāo)準(zhǔn)化工作的日臻完善,針對其無線資源管理模式的開發(fā)已成為業(yè)界關(guān)注的焦點。為此,動態(tài)子載波分配方案作為一種高效的頻域資源調(diào)度手段,以其能夠有效提升系統(tǒng)頻譜利用率,增強多業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量(Qualityof Service,QoS)需求處理能力,而廣泛研究應(yīng)用

2、于LTE系統(tǒng)上、下行鏈路進(jìn)行頻譜資源管理。
　　本文致力于單載波頻分多址(Single Carrier Frequency Division Multiple Access,SC-FDMA)系統(tǒng)跨層動態(tài)子載波分配技術(shù)研究,主要工作內(nèi)容概括如下:
　　首先,分析了SC-FDMA系統(tǒng)面向非實時業(yè)務(wù)的動態(tài)子載波分配問題?；趩我环菍崟r業(yè)務(wù)模型提出一種最大平均容量動態(tài)子載波分配算法。該算法以最大化系統(tǒng)用戶平均信道容量為分配目標(biāo),代替

3、傳統(tǒng)貪婪算法面向全體用戶及資源塊的尋優(yōu)過程,從而以較低的計算復(fù)雜度實現(xiàn)高系統(tǒng)頻率利用率。并針對具有變系統(tǒng)吞吐量或變分配公平度需求的單一非實時業(yè)務(wù)模型,提出一種可調(diào)公平度動態(tài)子載波分配算法。該算法通過可調(diào)性公平系數(shù)的引入,能夠根據(jù)用戶傳輸狀態(tài)及業(yè)務(wù)需求合理判定適當(dāng)?shù)姆峙錅?zhǔn)則,從而實現(xiàn)系統(tǒng)吞吐量及分配公平性之間的可調(diào)性權(quán)衡。同時,針對多種非實時業(yè)務(wù)環(huán)境下系統(tǒng)頻域資源的競爭問題,基于效用理論提出最大容量需求效用算法及其改進(jìn)算法。所提出算法通過

4、構(gòu)建與用戶信道傳輸能力及傳輸容量需求相關(guān)的效用評價體系,以實現(xiàn)系統(tǒng)吞吐量性能與各用戶傳輸容量需求之間的有效權(quán)衡,從而有效提升多業(yè)務(wù)傳輸需求處理能力。
　　然后,分析了SC-FDMA系統(tǒng)面向?qū)崟r業(yè)務(wù)的動態(tài)子載波分配問題。針對有限隊列緩存空間條件下單一實時業(yè)務(wù)模型的數(shù)據(jù)丟失問題,提出一種改進(jìn)的最大時延效用算法。該算法在傳統(tǒng)最大時延效用算法的基礎(chǔ)上引入用戶隊列狀態(tài)信息,通過提升長隊列用戶的分配優(yōu)先級以有效控制各用戶隊列長度,從而抑制由于

5、緩存溢出所造成的數(shù)據(jù)丟失。同時,為降低由用戶隊列長度信息引入所帶來的信令開銷,提出一種最大指數(shù)效用動態(tài)子載波分配算法。該算法采用與用戶平均等待時間相關(guān)的指數(shù)效用函數(shù)以增大用戶間分配優(yōu)先級差異,充分保證高時延及長隊列用戶優(yōu)先分得頻域資源進(jìn)行通信,在簡化算法復(fù)雜度的同時兼顧系統(tǒng)數(shù)據(jù)丟失率及時延性能。此外,針對多種實時業(yè)務(wù)環(huán)境下系統(tǒng)頻域資源的競爭問題,討論了最大指數(shù)效用算法當(dāng)根據(jù)不同業(yè)務(wù)傳輸特性設(shè)置分配權(quán)重從而實現(xiàn)業(yè)務(wù)間分配優(yōu)先級劃分時其Qo

6、S區(qū)分性能。并在此基礎(chǔ)上引入分級分配理念,提出一種最大分級指數(shù)效用動態(tài)子載波分配算法。該算法為同種業(yè)務(wù)不同傳輸用戶根據(jù)當(dāng)前時延狀態(tài)設(shè)定高、低兩種不同的業(yè)務(wù)分配權(quán)重,在確保高分配優(yōu)先級業(yè)務(wù)傳輸性能的同時,為時延狀態(tài)較差且分配權(quán)重較低的用戶提供接入系統(tǒng)的機(jī)會,從而提升算法多實時業(yè)務(wù)QoS需求處理能力。
　　最后,分析了SC-FDMA系統(tǒng)面向混合業(yè)務(wù)的動態(tài)子載波分配問題。針對由于調(diào)度器分配的數(shù)據(jù)傳輸速率超出用戶業(yè)務(wù)需求所導(dǎo)致的系統(tǒng)服務(wù)速

7、率浪費問題,結(jié)合負(fù)載控制技術(shù)提出一種基于嚴(yán)格服務(wù)速率約束的最大分級指數(shù)效用算法。該算法通過在最大分級指數(shù)效用算法的基礎(chǔ)上引入嚴(yán)格服務(wù)速率約束方案,能夠在分配過程中嚴(yán)格限制調(diào)度器分配的數(shù)據(jù)傳輸速率,從而有效消除系統(tǒng)服務(wù)速率浪費。同時,針對服務(wù)速率控制所導(dǎo)致的頻域資源不良競爭問題,結(jié)合接入控制技術(shù)提出一種基于自適應(yīng)服務(wù)速率約束的最大分級指數(shù)效用算法。該算法根據(jù)用戶傳輸狀態(tài)及業(yè)務(wù)需求設(shè)立自適應(yīng)系統(tǒng)接入閾值,通過在實時與非實時業(yè)務(wù)間實現(xiàn)分配優(yōu)先