OFDMA中繼通信系統(tǒng)資源分配研究.pdf

1、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展極大地刺激了人們對無線通信高數(shù)據(jù)速率和多業(yè)務(wù)服務(wù)的需求。然而無線頻譜資源非常稀缺，因此提高其利用率是無線通信研究的重要內(nèi)容之一。正交頻分復(fù)用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）技術(shù)不但能夠充分利用頻譜資源，而且可以對抗無線信道的多徑效應(yīng)，在4G通信中發(fā)揮著非常重要的作用。正交頻分多址（Orthogonal Frequency Division Multip

2、le Access，OFDMA）技術(shù)是一種基于OFDM的多址技術(shù)，有效地避免了用戶間干擾，并且能夠提供靈活的資源分配方式。中繼通信是一種協(xié)作通信技術(shù)，可以擴(kuò)大基站的覆蓋范圍，提高通信的可靠性和服務(wù)質(zhì)量。多輸入多輸出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）技術(shù)能夠獲得較高的分集增益，增加系統(tǒng)容量。無線通信系統(tǒng)中動(dòng)態(tài)地資源管理方式能夠進(jìn)一步提高系統(tǒng)資源利用率，保證系統(tǒng)容量和用戶服務(wù)質(zhì)量的提升。本論文對OFD

3、MA中繼系統(tǒng)中下行鏈路的資源分配問題進(jìn)行了研究，主要包括三個(gè)部分：
　?。?）針對不同業(yè)務(wù)類型用戶的服務(wù)質(zhì)量問題，提出了一種保證用戶最低速率的MIMO中繼系統(tǒng)資源分配算法。首先，用戶按照速率要求的大小排序并依次為每個(gè)用戶分配一個(gè)相對最優(yōu)的子載波和選擇一個(gè)最佳的中繼進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，在假設(shè)系統(tǒng)功率平均分配的前提下計(jì)算每個(gè)用戶能夠達(dá)到的最大速率；然后計(jì)算此速率與最低速率要求的差值，為差值絕對值最大的用戶繼續(xù)分配一個(gè)相對最優(yōu)的子載波和最佳中繼并

4、更新其速率與差值，子載波每次被分配后從可用子載波集合中刪除，繼續(xù)執(zhí)行直到子載波集為空時(shí)則分配完成；最后，利用凸優(yōu)化理論，計(jì)算得到每個(gè)用戶子載波上的功率優(yōu)化分配。仿真結(jié)果表明，所提算法能夠有效地保證每個(gè)用戶的最低速率要求。
　　（2）針對實(shí)際問題中用戶對速率需求的差異性，提出了一種基于用戶速率成比例公平約束的OFDMA中繼系統(tǒng)資源分配算法。在算法中，首先根據(jù)每個(gè)用戶在不同子載波上的信道條件確定其傳輸模式是中繼傳輸還是直接傳輸；然后按

5、照比例因子大小依次為每個(gè)用戶分配一個(gè)最優(yōu)的子載波并根據(jù)其傳輸模式選擇一個(gè)最佳中繼轉(zhuǎn)發(fā)或是直接傳輸，在假設(shè)等功率分配的前提下計(jì)算用戶能夠達(dá)到的最大速率及其與比例系數(shù)的商值；接著，為此商值最小的用戶繼續(xù)分配一個(gè)最優(yōu)的子載波和選擇傳輸模式并更新其速率與商值，子載波每次分配后從子載波集中刪除，繼續(xù)執(zhí)行直到所有的子載波被分配完畢；最后，在系統(tǒng)功率和比例速率的共同約束下，推導(dǎo)出每個(gè)子載波功率分配的閉式解。仿真結(jié)果表明，所提算法能夠較好地保證用戶的公

6、平性。
　?。?）基于傳統(tǒng)型中繼傳輸過程在第二時(shí)隙時(shí)存在子載波未被充分利用的問題，提出了一種改進(jìn)型中繼傳輸和多中繼轉(zhuǎn)發(fā)的資源分配算法。首先，通過簡化接收信噪比得到多中繼轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)的等效信道增益并根據(jù)每個(gè)用戶不同子載波的信道情況確定其傳輸模式及中繼模式時(shí)的轉(zhuǎn)發(fā)中繼集合；然后，通過將原問題轉(zhuǎn)化為對偶問題并依次對基站和中繼發(fā)送功率求導(dǎo)，得到其關(guān)于拉格朗日乘子的表達(dá)式和兩個(gè)時(shí)隙不同子載波配對時(shí)的速率貢獻(xiàn)矩陣；最后，在系統(tǒng)總功率的限制下通過迭代