OFDMA中繼系統(tǒng)的無線資源管理策略研究.pdf

1、未來無線通信系統(tǒng)存在兩對主要矛盾：增長的業(yè)務(wù)需求與緊張的無線資源間的矛盾以及無處不在的覆蓋需求與復(fù)雜的無線環(huán)境間的矛盾。由于OFDMA技術(shù)具有高頻譜效率并能抗多徑干擾，中繼技術(shù)能夠擴(kuò)大覆蓋范圍并提高鏈路可靠性，是緩解上述矛盾的有效手段。因此，OFDMA和中繼技術(shù)已經(jīng)作為下一代無線通信網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)，被寫入了IEEE 802.16j和3GPP LTE-Advanced等標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議中。
　　 本文針對OFDMA中繼系統(tǒng)關(guān)鍵問題之一的

2、無線資源管理問題開展研究。
　　 首先對無線資源管理對于未來OFDMA中繼系統(tǒng)的重要性進(jìn)行了論述，之后分析了OFDMA中繼網(wǎng)絡(luò)相對于傳統(tǒng)無中繼網(wǎng)絡(luò)在資源管理方面的差異性，以此作為論文研究的出發(fā)點。通過對問題的分析及對已有工作的總結(jié)，本文凝練出OFDMA中繼系統(tǒng)無線資源管理方面目前仍待解決的四個方面問題，針對上述問題提供創(chuàng)新性的解決方案構(gòu)成了本文的主體內(nèi)容。
　　 針對對用戶公平性考慮較少且不夠完備的問題，本文提出了保證用

3、戶比例公平性的資源管理策略。通過對問題進(jìn)行建模，將比例公平目標(biāo)下的中繼選擇、子載波分配以及功率分配問題在數(shù)學(xué)上抽象為聯(lián)合優(yōu)化問題。為進(jìn)行有效求解，先對整數(shù)待優(yōu)化變量進(jìn)行連續(xù)性放松，并證明了放松后問題的對偶差額為零。
　　 之后采用對偶分解的方法，將優(yōu)化問題分解為主問題和子問題分別求解，針對子問題采用KKT條件求解，對主問題采用次梯度方法進(jìn)行迭代求解。最終可以得到原問題的近似最優(yōu)解，并由此得到保證比例公平性的資源管理策略。

4、　　 針對保障多業(yè)務(wù)的用戶滿意度問題，本文提出了區(qū)分業(yè)務(wù)的資源管理策略。
　　 用戶對不同類業(yè)務(wù)具有不同的滿意度特性，采用效用函數(shù)來刻畫用戶滿意度，并考察實際系統(tǒng)中具有代表性的兩類業(yè)務(wù)：會話類業(yè)務(wù)和背景類業(yè)務(wù)。資源管理的目標(biāo)為保證會話類業(yè)務(wù)用戶效用函數(shù)值為1時最大化背景類業(yè)務(wù)用戶的總效用。利用凸優(yōu)化理論，采用拉格朗日對偶方法可以獲得優(yōu)化問題的近似最優(yōu)解。為降低復(fù)雜度，本文根據(jù)最優(yōu)求解得到的結(jié)論進(jìn)一步提出了低復(fù)雜度的啟發(fā)式資源管

5、理算法。
　　 針對保證隊列穩(wěn)定性的問題，本文提出了聯(lián)合隊列和信道信息的資源管理策略。已有研究一般假設(shè)隊列一直有數(shù)據(jù)發(fā)送，但實際系統(tǒng)中用戶業(yè)務(wù)的到達(dá)具有隨機(jī)性，保證隊列的穩(wěn)定對于系統(tǒng)性能具有重要意義。由此，資源管理的目標(biāo)是最大化系統(tǒng)吞吐量的同時保證用戶隊列的穩(wěn)定。不同于已有研究的是，進(jìn)行資源分配的目標(biāo)函數(shù)不僅是信道狀態(tài)的函數(shù)，還是用戶隊列狀態(tài)的函數(shù)。將上述目標(biāo)下的子載波配對、載波對在鏈路的分配及功率分配問題進(jìn)行聯(lián)合建模，之后在對

6、偶域求解功率及載波對分配問題，并采用匈牙利法求解子載波配對問題。通過分步求解－迭代更新的方法可以使問題收斂到近似最優(yōu)解。
　　 針對彈性業(yè)務(wù)的速率控制問題，本文提出了跨層資源管理策略。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中存在速率可控的彈性業(yè)務(wù)時，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的資源狀況自適應(yīng)地調(diào)整業(yè)務(wù)速率可以提高系統(tǒng)性能。然而，如何將速率控制與資源分配相結(jié)合是具有挑戰(zhàn)性的問題。
　　 由此，本文采用跨層思想，對應(yīng)用層、MAC 層和物理層進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化，目標(biāo)為最大化系統(tǒng)中彈