寬帶無線通信系統(tǒng)資源分配策略研究.pdf

1、OFDM已經(jīng)成為未來寬帶無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵物理層技術(shù)，在B3G系統(tǒng)(如LTE、WiMAX)中得到廣泛應(yīng)用。雖然作為一種物理層多載波調(diào)制技術(shù)，OFDM的研究相對(duì)成熟，但作為一種多址接入方式，鏈路層及網(wǎng)絡(luò)層的多用戶OFDM資源分配還需要更加深入的探討。 相對(duì)于單用戶OFDM系統(tǒng)，多用戶OFDM系統(tǒng)能夠獲得多重分集增益，如頻率分集、時(shí)間分集、多用戶分集、空間分集(配置多天線)等。但是，實(shí)際分集增益的大小主要取決于資源分配策略的選擇。因

2、此，靈活而實(shí)用的資源分配策略是未來寬帶無線通信系統(tǒng)提高系統(tǒng)頻譜效率、保證用戶QoS性能的關(guān)鍵。 本論文的研究圍繞多用戶OFDM系統(tǒng)的資源分配而展開。眾所周知，移動(dòng)通信系統(tǒng)中的很多關(guān)鍵技術(shù)均是為了解決三重動(dòng)態(tài)性：信道動(dòng)態(tài)性、用戶動(dòng)態(tài)性、業(yè)務(wù)動(dòng)態(tài)性。本論文的研究也與它們相關(guān)，第2章討論小尺度多徑衰落信道動(dòng)態(tài)性下的資源分配方案；第3章則研究信道量化對(duì)小尺度多徑衰落信道動(dòng)態(tài)性的影響，繼而對(duì)系統(tǒng)和速率容量的影響，并為系統(tǒng)選擇合適的信道量化

3、方案；第4章將信道動(dòng)態(tài)性擴(kuò)展到大尺度傳播損耗、陰影衰落及小尺度多徑衰落的聯(lián)合效果，分析單小區(qū)內(nèi)如何進(jìn)行有效的OFDM系統(tǒng)資源分配；第5章在前章的基礎(chǔ)上引入分布式多天線技術(shù)，大大縮小了信道動(dòng)態(tài)性，改善了信道條件，提高了OFDM系統(tǒng)資源分配的性能；第6章則在前章的基礎(chǔ)上再引入用戶及業(yè)務(wù)的動(dòng)態(tài)性，考慮在該場(chǎng)景下的OFDM資源分配方案制定問題。 本論文的研究對(duì)象從OFDM系統(tǒng)到OFDM DAS系統(tǒng)，考慮的因素逐漸增多，研究的問題和模型漸

4、趨復(fù)雜?，F(xiàn)將本文的主要工作和得到的相應(yīng)結(jié)論詳細(xì)敘述如下： 第2章研究了相同路徑損耗下OFDM系統(tǒng)資源分配，研究?jī)?nèi)容分為上行和下行兩個(gè)方面。對(duì)于下行資源分配，提出了迭代功率轉(zhuǎn)移算法，并證明了算法的收斂性。該算法能夠獲得與最優(yōu)功率分配算法幾乎相似的容量，但具有低得多的時(shí)間復(fù)雜度，如果配合已有的分組子載波分配算法，可以形成一種低復(fù)雜度下行資源分配方案。論文還通過仿真分析了各種信道參數(shù)，如：多徑數(shù)目、最大時(shí)延擴(kuò)展、子載波帶寬等，如何影響

5、方案性能，為方案實(shí)施時(shí)的參數(shù)選擇提供重要參考。對(duì)于上行資源分配，本章分析發(fā)現(xiàn)了用戶容量飽和問題，并通過動(dòng)態(tài)地改變待分配資源用戶集避免飽和用戶一直占用資源現(xiàn)象出現(xiàn)，有效提高了系統(tǒng)總?cè)萘俊?第3章討論部分信道信息下的資源分配問題。理想情況下，信道信息設(shè)計(jì)與資源分配應(yīng)當(dāng)聯(lián)合優(yōu)化，才能達(dá)到整體性能的最優(yōu)。但現(xiàn)有的大部分文獻(xiàn)都考慮部分信道信息特性已知情況下的最優(yōu)資源分配問題，本章則從另一個(gè)角度研究該問題，分析最大信噪比資源分配方案下的最優(yōu)

6、信道量化設(shè)計(jì)，并通過等功率分配假設(shè)及理論推導(dǎo)，成功提出了一種多用戶信道概率量化方案。該方案在相同上行反饋帶寬的前提下，能夠獲得比等幅量化高得多的容量。所以，它實(shí)現(xiàn)了上行反饋帶寬的大量減少，推進(jìn)了OFDM系統(tǒng)的應(yīng)用。 第4章探討小區(qū)內(nèi)的OFDM系統(tǒng)資源分配問題?，F(xiàn)有的文獻(xiàn)幾乎毫無例外地假設(shè)每子載波具備相等功率，但小區(qū)中各用戶所處的位置及周圍的環(huán)境差異很大，很難保證各用戶具有相等的中短期信道增益均值，必須為每用戶子載波設(shè)定不同的初始

7、功率消除信道條件差異，以改善用戶間的公平性。本章引入了一個(gè)初始功率分配優(yōu)化模型，并使用數(shù)值方法求解該模型，然后執(zhí)行子載波分配和交換，有效改善了子載波分配階段獲得的公平性。仿真結(jié)果表明：本章子載波分配算法結(jié)合最優(yōu)功率分配能夠明顯提高系統(tǒng)容量，改善系統(tǒng)頻譜效率，是一種有效的OFDM系統(tǒng)小區(qū)內(nèi)資源分配方案。 第5章研究OFDM DAS系統(tǒng)資源分配問題。通過在小區(qū)內(nèi)布置分布式天線，OFDM DAS系統(tǒng)明顯減小了信道動(dòng)態(tài)性，改善了用戶信道

8、條件。本章分析得到了最優(yōu)資源分配算法，并推導(dǎo)了單用戶OFDM DAS和CAS系統(tǒng)的容量。仿真結(jié)果與理論推導(dǎo)相當(dāng)吻合。仿真得到的結(jié)論有：1)OFDM DAS能顯著提升系統(tǒng)和速率容量：2．)與子載波注水功率分配相比，等功率分配為OFDM DAS系統(tǒng)帶來的性能損失可以忽略不計(jì)；3)OFDM DAS容量與天線數(shù)目、天線位置密切相關(guān)，實(shí)際系統(tǒng)天線布置參數(shù)應(yīng)根據(jù)用戶密度靈活選擇，達(dá)到性價(jià)比最大。 第6章繼續(xù)研究OFDM DAS系統(tǒng)資源分配問

9、題，但系統(tǒng)與信道模型中引入了用戶及業(yè)務(wù)的動(dòng)態(tài)性。本章提出了一種適合具備最小速率保證盡力而為業(yè)務(wù)的資源分配方案。該方案的算法分為兩個(gè)部分，前面部分目的是滿足用戶的最小速率需求，后面部分則主要為了提高系統(tǒng)容量。本章方案每幀執(zhí)行一次，可以獲得時(shí)間、頻率、空間、用戶四維分集增益，有效滿足了用戶的業(yè)務(wù)需求，且支持業(yè)務(wù)特性方面比基于時(shí)隙的分配方案更優(yōu)。仿真結(jié)果同樣顯示了OFDM DAS系統(tǒng)支持用戶業(yè)務(wù)行為能力比CAS系統(tǒng)更強(qiáng)，可以說：分布式天線技術(shù)