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(luò)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(shù)和中繼技術(shù)分別因具有高效的頻譜利用率和完美的覆蓋能力而進(jìn)入人們的視野，兩者的優(yōu)勢結(jié)合已成為未來無線通信系統(tǒng)技術(shù)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(biāo)，并兼顧不

2、同等級用戶的公平性和算法復(fù)雜度。
　　針對單中繼場景，本文假設(shè)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(fù)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(shí)際傳輸能力為基站端和中繼端自適應(yīng)分配總發(fā)射功率，然后假設(shè)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(jìn)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(diào)度相關(guān)理論，提出一種改進(jìn)的公平性調(diào)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(diào)度選擇的影響力，更為均勻以及合理的使用了用戶在當(dāng)前時刻之前的信道信息對當(dāng)前決策的影響，仿真結(jié)果表明，改進(jìn)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(diào)度更優(yōu)的系統(tǒng)性能。
　　在單小區(qū)場景下本文將隨機(jī)幾何理論應(yīng)用于特定的基于譯碼轉(zhuǎn)發(fā)（DF）中繼的OFDM系統(tǒng)中，通過推導(dǎo)分析建立了基于隨機(jī)幾何理論的中繼OFDM系

4、統(tǒng)容量模型。假設(shè)用戶在環(huán)域范圍內(nèi)服從參數(shù)為?的隨機(jī)均勻分布，同時假設(shè)接入域用戶之間存在頻率復(fù)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(shí)際干擾值等理論分析，在中繼和基站節(jié)點(diǎn)功率受限的情況下，得到完整的系統(tǒng)閉合容量表達(dá)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(jìn)行了比較，仿真結(jié)果證實(shí)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(biāo)，提出一種半分布式的干擾協(xié)調(diào)及載波、功率聯(lián)合分

5、配算法。該算法將原優(yōu)化目標(biāo)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(zhuǎn)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(biāo)函數(shù)表達(dá)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(biāo)函數(shù)中的max-min問題轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)閉合表達(dá)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(jìn)行資源的重新分配以達(dá)到系統(tǒng)容量最大化的目標(biāo)。仿真結(jié)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(quán)值的調(diào)節(jié)來實(shí)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(jìn)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(biāo)，將頻率規(guī)劃思想應(yīng)用于多小區(qū)、多中繼、多用戶 OFDM-relay系統(tǒng)當(dāng)

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(yīng)的分析模型。該模型將單個小區(qū)劃分為三個獨(dú)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(yīng)分配，系統(tǒng)總?cè)萘孔罱K被解耦為三個區(qū)域的容量之和，算法復(fù)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(diǎn)，將原max-min問題轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)形式的優(yōu)化問題，最后利用多平面