中繼協(xié)合與多小區(qū)協(xié)作的OFDMA系統(tǒng)中的無線資源管理問題研究.pdf

1、正交頻分多址(OFDMA)以其較高的頻譜利用率和抗頻率選擇性衰落特性成為新一代無線通信的關(guān)鍵技術(shù)，OFDMA系統(tǒng)中為了保證用戶業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量，須采用有效的資源分配方案。此外，中繼協(xié)作和多小區(qū)協(xié)作通信技術(shù)，有效地?cái)U(kuò)展小區(qū)覆蓋和抑制小區(qū)間干擾，同時(shí)提高小區(qū)頻譜效率與邊緣用戶的傳輸速率，可滿足未來無線通信對(duì)系統(tǒng)容量和服務(wù)質(zhì)量的越來越高的要求。本文研究了中繼協(xié)作與多小區(qū)協(xié)作的OFDMA系統(tǒng)中的無線資源分配問題，針對(duì)不同的典型應(yīng)用場(chǎng)景，設(shè)計(jì)相應(yīng)的

2、近似最優(yōu)或次優(yōu)的資源分配方案。論文的主要工作如下：
　　1.研究了OFDMA系統(tǒng)基于QoS保證和最大最小公平性準(zhǔn)則下的動(dòng)態(tài)資源分配問題，給出一種基于對(duì)偶求解的近似最優(yōu)的優(yōu)化算法。該資源分配問題采用的優(yōu)化準(zhǔn)則是既要保證QoS用戶的最小速率要求，同時(shí)“盡力而為”用戶之間必須滿足“最小速率最大化公平性”(Max-minFairness)；可以表述為系統(tǒng)總功率約束下的子載波分配和功率控制的混合離散型優(yōu)化模型。所提算法具有多項(xiàng)式時(shí)間復(fù)雜度，

3、且與子載波數(shù)目呈線性增長(zhǎng)關(guān)系。仿真結(jié)果表明，算法能近似最優(yōu)地滿足用戶QoS及最大最小公平性要求。
　　2.針對(duì)中繼協(xié)作OFDMA系統(tǒng)以及非中繼OFDMA系統(tǒng)，研究了比例速率公平性約束下的無線資源分配問題，分別基于這兩種系統(tǒng)在速率公平性約束下的等價(jià)優(yōu)化模型，提出了復(fù)雜度較小的拉格朗日松弛的聯(lián)合優(yōu)化算法。算法的關(guān)鍵在于OFDMA系統(tǒng)的漸進(jìn)強(qiáng)對(duì)偶性，這個(gè)性質(zhì)使得可以設(shè)計(jì)出多項(xiàng)式時(shí)間復(fù)雜度的算法。所設(shè)計(jì)算法的復(fù)雜度與系統(tǒng)載波數(shù)目成線性關(guān)系

4、；仿真結(jié)果表明，算法的性能極好地逼近最優(yōu)分配方案性能。
　　3.研究了OFDMA中繼通信系統(tǒng)在中繼兩跳之間不對(duì)稱情形下的資源分配問題，并提出一種多項(xiàng)式時(shí)間復(fù)雜度的實(shí)時(shí)的優(yōu)化算法。傳統(tǒng)的OFDMA中繼協(xié)作通信系統(tǒng)，中繼站經(jīng)過一一對(duì)應(yīng)的子載波接收和發(fā)送信息，這一對(duì)稱模式限制了系統(tǒng)吞吐量的提高。我們放寬約束，研究了非對(duì)稱的資源分配問題，即：不限定兩跳子載波之間的配對(duì)，前一跳接收的信息可以分散在第二跳的不同數(shù)目的子載波上傳輸。自由度的增加

5、，增大了資源分配的復(fù)雜度，這是一個(gè)結(jié)合中繼選擇、子載波分配和功率控制等多維自由度的混合離散型優(yōu)化問題。與對(duì)稱模式相比，非對(duì)稱資源分配進(jìn)一步提升了系統(tǒng)的容量。
　　4.研究了多小區(qū)環(huán)境下OFDMA解碼轉(zhuǎn)發(fā)中繼通信系統(tǒng)的資源分配問題，由于全局最優(yōu)求解的復(fù)雜性，提出了一種分布式的次優(yōu)的資源分配算法。算法分成兩步：首先基于較低的信道反饋系統(tǒng)開銷，分配子載波以滿足用戶的QoS要求；然后，將功率控制問題進(jìn)一步簡(jiǎn)化并分解為多個(gè)凸優(yōu)化的子問題，由

6、橢球算法不斷收斂的對(duì)偶變量，迭代調(diào)整各個(gè)子問題的最優(yōu)求解。仿真結(jié)果表明，與參考算法相比，所提算法的系統(tǒng)容量和邊緣用戶的吞吐量性能都有很大的提升。
　　5.針對(duì)多小區(qū)OFDMA系統(tǒng)下行鏈路，研究了用戶公平性約束下的資源分配問題，提出了一種多基站協(xié)調(diào)的迭代優(yōu)化的分布式資源分配算法。每個(gè)小區(qū)根據(jù)小區(qū)間干擾和用戶的公平性，迭代地進(jìn)行子載波和功率的資源優(yōu)化；而每次迭代中，根據(jù)用戶公平性準(zhǔn)則分配子載波，并將非凸的小區(qū)功率優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為其下界的