上行多用戶MIMO的用戶調(diào)度和資源管理.pdf

1、無(wú)線資源管理(Radio Resource Management,RRM)是對(duì)移動(dòng)通信系統(tǒng)中有限的無(wú)線資源進(jìn)行合理分配和有效管理,使用戶性能和系統(tǒng)容量達(dá)到聯(lián)合最佳狀態(tài)。
　　在第三代合作伙伴組織(3rd Generation Partnership Project,3GPP,3GPP)的時(shí)分雙工長(zhǎng)期演進(jìn)系統(tǒng)(Time-Division Duplex Long Term Evolution, TD-LTE)中,無(wú)線資源管理涵蓋的內(nèi)容

2、可分為資源管理和承載管理兩類,本文中主要研究了上行鏈路資源管理中的調(diào)度算法,包括時(shí)域用戶的調(diào)度和頻域資源的分配兩方面。
　　第一章首先闡述了研究背景并引出本文的研究點(diǎn),接著概述了資源管理技術(shù)的基本理論和上行多點(diǎn)協(xié)作系統(tǒng)模型,最后說(shuō)明本文的研究?jī)?nèi)容及論文結(jié)構(gòu)。
　　第二章研究了正交配對(duì),行列式配對(duì),比例公平配對(duì),最大載干比配對(duì),隨機(jī)配對(duì)等經(jīng)典的多用戶MIMO(Multiple User MIMO,MU-MIMO)配對(duì)算法。在蜂

3、窩無(wú)線系統(tǒng)的上行鏈路中,采用虛擬MIMO(Virtual MIMO,V-MIMO)技術(shù)可利用基站端獲得的用戶信道信息(Channel State Information,CSI),將兩個(gè)或多個(gè)移動(dòng)臺(tái)(Mobile Set,MS)聯(lián)合起來(lái)進(jìn)行發(fā)送,它們之間共享配對(duì)的所有天線,使用相同的時(shí)/頻資源,從而增加上行頻譜利用率。實(shí)現(xiàn)V-MIMO的關(guān)鍵問(wèn)題是如何設(shè)計(jì)高效的用戶配對(duì)算法,以獲得多用戶分集增益,在提高系統(tǒng)吞吐量的同時(shí),保證各用戶可獲得滿

4、意的服務(wù)質(zhì)量。本章首先概述了上行多用戶MIMO系統(tǒng)模型并搭建了基于 Matlab的仿真平臺(tái);接著討論了各配對(duì)算法在 SCM信道、路徑損耗、陰影衰落等條件下可獲得的系統(tǒng)容量,通過(guò)分析系統(tǒng)歸一化容量曲線的不同,總結(jié)歸納了各算法的特點(diǎn);最后對(duì)不同算法需要的浮點(diǎn)運(yùn)算復(fù)雜度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì),綜合考察各算法的優(yōu)劣,指出行列式配對(duì)(Determinant Pairing,DP)的優(yōu)越性。
　　第三章研究了上行多用戶配對(duì)與資源分配聯(lián)合優(yōu)化問(wèn)題。由于上行

5、多用戶MIMO中配對(duì)的用戶必須使用相同的時(shí)/頻資源,因此針對(duì)單個(gè)用戶進(jìn)行資源分配并不合理,必須將虛擬MIMO中的配對(duì)用戶作為一個(gè)整體考慮。為不同的配對(duì)用戶組進(jìn)行資源分配是一個(gè)非確定性多項(xiàng)式(Non-Deterministic Polynomial,NP)求解問(wèn)題。最優(yōu)解需要通過(guò)窮搜索獲得,經(jīng)過(guò)很復(fù)雜的運(yùn)算,算法復(fù)雜度高,解決問(wèn)題的關(guān)鍵是如何設(shè)計(jì)具有較低復(fù)雜度的次優(yōu)算法。在TD-LTE系統(tǒng)中,這個(gè)問(wèn)題的實(shí)質(zhì)是用戶配對(duì)與資源分配的聯(lián)合優(yōu)化問(wèn)

6、題。本章針對(duì)聯(lián)合優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行建模并研究了三種次優(yōu)的解法,從子問(wèn)題獲解順序先后的角度出發(fā),分別是:先配對(duì)后分配、先分配后配對(duì)、邊分配邊配對(duì)。其核心思想是將優(yōu)化問(wèn)題分解為兩個(gè)子問(wèn)題來(lái)分步解決,區(qū)別在于解決問(wèn)題的先后順序不同。文中首先簡(jiǎn)要分析了優(yōu)化問(wèn)題的模型并簡(jiǎn)述了基于窮搜索的最優(yōu)解求法;然后給出了三種次優(yōu)解法的具體實(shí)施步驟,其中包括對(duì)上行資源分配算法的說(shuō)明;最后仿真評(píng)估了三種算法下的用戶歸一化吞吐量,通過(guò)比較吞吐量曲線指明了“先配對(duì)后分配”

7、算法能保證較高的用戶性能。
　　第四章研究了上行多點(diǎn)協(xié)作( Coordinated Multiple Points Transmission/Reception,CoMP)系統(tǒng)中的資源管理問(wèn)題,其本質(zhì)是如何實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的用戶聯(lián)合調(diào)度(Joint Scheduling),同時(shí),在TD-LTE系統(tǒng)中還需考慮采用干擾抑制合并技術(shù)( Interference Rejection Combining, IRC)和鏈路自適應(yīng)技術(shù)( Link Ad

8、aptive Technology)的聯(lián)合優(yōu)化。本章首先給出了上行三小區(qū)協(xié)作的系統(tǒng)模型,搭建了基于Matlab的多小區(qū)仿真平臺(tái);之后介紹了兩種常用的聯(lián)合調(diào)度算法,分別考慮了基于單個(gè)小區(qū)內(nèi)的用戶正交、基于協(xié)作系統(tǒng)內(nèi)的全局正交兩種思路,利用到了比例公平(Proportional Fairness,PF)準(zhǔn)則和DP配對(duì)算法,接著基于這兩種算法提出了一種切換調(diào)度算法,將其優(yōu)點(diǎn)結(jié)合到一起。通過(guò)在仿真平臺(tái)上評(píng)估三種算法下的系統(tǒng)容量和用戶吞吐量,驗(yàn)證