頻分復(fù)用系統(tǒng)中基于能量效率的資源分配研究.pdf

1、無線通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要側(cè)重在如何克服通信質(zhì)量與諸如帶寬及傳輸功率等有限網(wǎng)絡(luò)資源之間的失衡。頻譜作為一種非可再生的天然資源，必須加以有效利用。然而，隨著能源消耗的日益高企和全球變暖問題的關(guān)注，以能效為導(dǎo)向的綠色通信設(shè)計(jì)已成為一個(gè)熱點(diǎn)研究方向。
　　頻分復(fù)用系統(tǒng)(Frequency Division Multiplexing, FDM)因其抗多徑衰落能力強(qiáng)和資源分配靈活性高等優(yōu)點(diǎn)在國際通信標(biāo)準(zhǔn)中得到了廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的資源分配主要可分

2、為兩大問題：頻譜效率(Spectral Efficiency, SE)最大化和傳輸功率最小化。前者表示給定最大可用傳輸功率約束條件下使得頻譜效率最優(yōu)化而后者表示在滿足一定的傳輸速率條件下盡可能節(jié)省能源。然而，能耗節(jié)省和譜效最優(yōu)并不一定能夠帶來高能效(Energy Efficiency, EE)。本文從不同角度研究了在保證系統(tǒng)頻譜效率的同時(shí)，使得系統(tǒng)在能效最優(yōu)化的方式進(jìn)行工作。
　　本文首先介紹了FDM系統(tǒng)中資源分配的背景和常用技術(shù)

3、指標(biāo)，通過對譜效和能效關(guān)系的分析確定了其中的主要研究內(nèi)容。
　　第二章就正交頻分多址接入(Orthogonal Frequency Division Multiple Access, OFDMA)多用戶系統(tǒng)中的基于加權(quán)速率最優(yōu)化的資源分配技術(shù)進(jìn)行了介紹。假設(shè)信道狀態(tài)信息(Channel State Information, CSI)在發(fā)射端已知，通過拉格朗日算子法得到了最優(yōu)頻譜效率。接著研究了 OFDMA系統(tǒng)基于能效最大化的資源分

4、配，并提出了一種復(fù)雜度較低的次優(yōu)方法。該方法將優(yōu)化問題分解為兩個(gè)子問題：子載波調(diào)度和能效功率分配。有別于傳統(tǒng)方法，通過分析能效與注水因子而非譜效的關(guān)系可知在給定子載波分配的條件下能效為關(guān)于注水因子的凸函數(shù)，并得到了每一次迭代下的最優(yōu)傳輸功率閉式解。
　　第三章研究了單載波頻分多址（Single Carrier Frequency Division Multiple Access, SC-FDMA）系統(tǒng)的基于能效優(yōu)化的資源分配。重點(diǎn)

5、討論了多用戶單輸入單輸出系統(tǒng)(Single-Input Single-Output, SISO)和多用戶虛擬多輸入多輸出(Multiple-Input Muiltiple-Output MIMO)系統(tǒng)的能效優(yōu)化。在給定子載波分配的條件下，可以得到最優(yōu)功率分配的閉式解。所提方法能夠較好的達(dá)到譜效與能效之間的有效平衡。
　　第四章對多載波FDM系統(tǒng)在不同峰均比(Peak-to-Average Power Ratio, PAPR)抑制算