基于中繼的OFDM系統(tǒng)資源分配算法的研究.pdf

1、下一代無線通信網(wǎng)絡給人們帶來了真正意義的自由溝通，并將徹底改變我們的生活方式，因此其對系統(tǒng)性能提出了更高的要求，OFDM技術和中繼技術分別因具有高效的頻譜利用率和完美的覆蓋能力而進入人們的視野，兩者的優(yōu)勢結合已成為未來無線通信系統(tǒng)技術難題的有效解決方案。本文從多用戶中繼OFDM系統(tǒng)出發(fā)，分別研究了單小區(qū)單中繼、單小區(qū)多中繼及多小區(qū)多中繼場景下的系統(tǒng)資源分配，提出了針對不同場景的資源分配算法，算法立足于最大化系統(tǒng)容量這一核心目標，并兼顧不

2、同等級用戶的公平性和算法復雜度。
　　針對單中繼場景，本文假設基站端和中繼端總發(fā)射功率受限，提出了一種規(guī)避迭代算法且復雜度較低的資源分配方案，該方案根據(jù)第一跳鏈路和第二跳鏈路的實際傳輸能力為基站端和中繼端自適應分配總發(fā)射功率，然后假設基站端各子載波功率平均分配，從而得到最優(yōu)的中繼端子載波功率分配，最后針對子載波對進行功率的再分配以提升系統(tǒng)容量。在考慮系統(tǒng)公平性的資源分配算法的研究過程中，基于PF（Proportional Fair

3、ness）調度相關理論，提出一種改進的公平性調度載波分配算法，該算法使用平均容量代替了傳統(tǒng)算法中瞬時容量對調度選擇的影響力，更為均勻以及合理的使用了用戶在當前時刻之前的信道信息對當前決策的影響，仿真結果表明，改進后的算法可以在保證系統(tǒng)用戶公平性的前提下，取得相比于傳統(tǒng)PF調度更優(yōu)的系統(tǒng)性能。
　　在單小區(qū)場景下本文將隨機幾何理論應用于特定的基于譯碼轉發(fā)（DF）中繼的OFDM系統(tǒng)中，通過推導分析建立了基于隨機幾何理論的中繼OFDM系

4、統(tǒng)容量模型。假設用戶在環(huán)域范圍內服從參數(shù)為?的隨機均勻分布，同時假設接入域用戶之間存在頻率復用，通過在考慮接入中繼鏈路對接入基站鏈路的共道干擾時，以干擾積分上限值替代實際干擾值等理論分析，在中繼和基站節(jié)點功率受限的情況下，得到完整的系統(tǒng)閉合容量表達式模型。并通過仿真對基于容量模型的系統(tǒng)傳輸速率值與理論值進行了比較，仿真結果證實了本文所建立的容量模型的合理性。
　　以最大化系統(tǒng)容量為目標，提出一種半分布式的干擾協(xié)調及載波、功率聯(lián)合分

5、配算法。該算法將原優(yōu)化目標劃分為三個子層優(yōu)化問題，從而將原混合整數(shù)非線性規(guī)劃問題轉化為易于求解的凸優(yōu)化問題，同時給出三層優(yōu)化問題各自滿足的目標函數(shù)表達式：第一層優(yōu)化問題用于尋求最優(yōu)的載波分配指數(shù)；第二層優(yōu)化問題旨在解決在一定載波分配指示下，如何最優(yōu)化系統(tǒng)各子載波的功率分配，本文基于等效信道增益概念將目標函數(shù)中的max-min問題轉化為標準閉合表達式形式，通過對偶分解并利用注水定理和循環(huán)迭代求得功率和載波聯(lián)合分配的最優(yōu)解；第三層優(yōu)化則全面

6、考慮系統(tǒng)中各小區(qū)之間的動態(tài)干擾，進行資源的重新分配以達到系統(tǒng)容量最大化的目標。仿真結果表明相比于傳統(tǒng)的資源分配方案，本文提出的優(yōu)化算法可以取得更多的容量提升,此外用戶公平性可以通過對不同等級用戶優(yōu)先權值的調節(jié)來實現(xiàn)。
　　提出了帶有頻率規(guī)劃的多小區(qū)中繼OFDM系統(tǒng)資源分配算法，該算法針對小區(qū)間共道干擾問題進行多小區(qū)OFDM系統(tǒng)的資源分配，以最大化系統(tǒng)容量為目標，將頻率規(guī)劃思想應用于多小區(qū)、多中繼、多用戶 OFDM-relay系統(tǒng)當

7、中，在基站和中繼端發(fā)射功率受限的條件下建立了相應的分析模型。該模型將單個小區(qū)劃分為三個獨立意義上的區(qū)域，每個區(qū)域使用不同的頻段，不同區(qū)域用戶接入相距最近的中繼，以增加鄰近小區(qū)間使用同頻段用戶之間的距離，降低共道干擾的影響。通過對不同區(qū)域基站端發(fā)射功率自適應分配，系統(tǒng)總容量最終被解耦為三個區(qū)域的容量之和，算法復雜度大大降低。在單個區(qū)域資源分配問題分析過程中，根據(jù)DF中繼的特點，將原max-min問題轉化為標準形式的優(yōu)化問題，最后利用多平面