多信道無線中繼系統(tǒng)中的資源聯(lián)合優(yōu)化算法研究.pdf

1、近幾十年來，無線通信一直是通信研究領域中的一個重要分支。為了滿足人們對無線通信服務質量的要求和擴大無線服務范圍，工程人員設計了如Ad-hoc(自組網),mesh(網格網)這類基于中斷的無線網絡。為了減少成本，同時擴大無線網絡的覆蓋范圍和增加系統(tǒng)的吞吐量，中繼已經成為4G(fourth generation)通信標準的一項重要特性。同時為了消除寬帶通信中的頻率選擇性衰落的影響，正交頻分復用(OFDM)技術也被4G無線通信標準所采用。

2、>　　 盡管不斷有新的技術產生，有限的資源，如發(fā)送功率，子信道，帶寬等，與人們對無線服務質量要求的不斷增強，如實時的視頻會議，實時的在線游戲等，始終是一對矛盾體。作為有效緩解這對矛盾的方法，資源分配算法設計一直以來是科學家和工程師們研究的熱點。優(yōu)化的資源分配算法可以有效的提高資源利用率，并且同時滿足人們對無線服務質量的要求。而在4G標準中引入中繼和OFDM調制方式使得聯(lián)合資源優(yōu)化分配算法的設計變的更為復雜。與傳統(tǒng)的單跳系統(tǒng)不同，在多信

3、道多中繼系統(tǒng)中設計聯(lián)合資源分配優(yōu)化算法時，不但要考慮功率和子信道的分配，同時還要考慮中繼選擇和子信道配對方案。所謂的子信道配對是指，當在一跳中數(shù)據(jù)在某一條子信道上進行傳輸，則在第二跳中中繼需要選擇一個相應的子信道來完成該數(shù)據(jù)從中繼到目的地的傳輸。聯(lián)合考慮功率，子信道分配，中繼選擇和子信道配對進行資源分配優(yōu)化算法設計是該論文的主要研究方向之一。
　　 另外大部分文章在研究中繼系統(tǒng)中的資源分配算法時，建立的是確定性的模型，也就是在每

4、個時隙都滿足用戶的一定服務質量要求。當然這種模型是符合實時用戶的實際需求的。但是當用戶的需求是非實時的時候，如email, FTP等文件傳輸服務，我們只需要在一定誤碼率的限制條件下，滿足用戶的平均傳輸速率即可。在多信道中繼系統(tǒng)，針對非實時用戶的資源分配算法和實時用戶的資源分配算法應該有所不同。這就是隨機優(yōu)化模型和確定性優(yōu)化模型的區(qū)別，這也將是本文研究的重點之一。
　　 在單跳系統(tǒng)中，通常利用頻率復用的方法來提高頻譜利用率。但是在

5、利用頻率復用的同時也會引起小區(qū)間的干擾(ICI)。功率控制是減少干擾對系統(tǒng)整體性能所帶來影響的方法之一。與傳統(tǒng)的無中繼系統(tǒng)相比，中繼的引入使得利用功率控制進行干擾協(xié)調變得更為復雜。由中繼站服務用戶的性能不但與其它與其使用相同頻段的用戶性能相關，而且與時間相關，因為其性能是經過兩跳（兩個時隙）才能確定下來。另外如果在小區(qū)內引入中繼站，則會同時帶來小區(qū)內干擾(ITCI)，這是因為在同一小區(qū)內的兩個由不同中繼站服務的用戶可能會使用相同的頻率來

6、獲得服務。如何在多小區(qū)，多中繼，多信道的系統(tǒng)中利用功控進行干擾協(xié)調也是本文研究的重點之一。
　　 本文是以多信道，無線中繼系統(tǒng)為背景而展開的。首先，在第二章中，研究了在多AF（放大前向）中繼，多信道的系統(tǒng)中，如何設計最優(yōu)的聯(lián)合功率分配，子信道分配，中繼選擇和子信道配對算法。由于最優(yōu)算法是以在基站和中繼站均已知在各個子信道上信道狀態(tài)為前提的，并且該算法是中心式的，為了更好的適應實際情況，在本文中我們將該中心式算法擴展為已知部分子信

7、道狀態(tài)信息的分布式算法。在該模型下我們并沒有考慮用戶對服務質量的要求，所以在第三章，我們分別根據(jù)實時和非實時用戶的服務要求特點，建立了確定性模型和隨機模型。在確定性模型中我們利用拉格朗日對偶的方法和匈牙利算法推導出最優(yōu)算法。在隨機模型中，利用隨機逼近的方法我們推導出最優(yōu)的算法。與確定性模型中的最優(yōu)算法相比，該算法可以利用多用戶分集來提升系統(tǒng)性能。最后在第四章中，我們考慮在多小區(qū)，多信道的中繼系統(tǒng)中如何利用功率控制來進行干擾協(xié)調，從而提升