上行多用戶MIMO的用戶調(diào)度和資源管理.pdf

1、無線資源管理(Radio Resource Management,RRM)是對移動通信系統(tǒng)中有限的無線資源進行合理分配和有效管理,使用戶性能和系統(tǒng)容量達到聯(lián)合最佳狀態(tài)。
　　在第三代合作伙伴組織(3rd Generation Partnership Project,3GPP,3GPP)的時分雙工長期演進系統(tǒng)(Time-Division Duplex Long Term Evolution, TD-LTE)中,無線資源管理涵蓋的內(nèi)容

2、可分為資源管理和承載管理兩類,本文中主要研究了上行鏈路資源管理中的調(diào)度算法,包括時域用戶的調(diào)度和頻域資源的分配兩方面。
　　第一章首先闡述了研究背景并引出本文的研究點,接著概述了資源管理技術(shù)的基本理論和上行多點協(xié)作系統(tǒng)模型,最后說明本文的研究內(nèi)容及論文結(jié)構(gòu)。
　　第二章研究了正交配對,行列式配對,比例公平配對,最大載干比配對,隨機配對等經(jīng)典的多用戶MIMO(Multiple User MIMO,MU-MIMO)配對算法。在蜂

3、窩無線系統(tǒng)的上行鏈路中,采用虛擬MIMO(Virtual MIMO,V-MIMO)技術(shù)可利用基站端獲得的用戶信道信息(Channel State Information,CSI),將兩個或多個移動臺(Mobile Set,MS)聯(lián)合起來進行發(fā)送,它們之間共享配對的所有天線,使用相同的時/頻資源,從而增加上行頻譜利用率。實現(xiàn)V-MIMO的關(guān)鍵問題是如何設(shè)計高效的用戶配對算法,以獲得多用戶分集增益,在提高系統(tǒng)吞吐量的同時,保證各用戶可獲得滿

4、意的服務(wù)質(zhì)量。本章首先概述了上行多用戶MIMO系統(tǒng)模型并搭建了基于 Matlab的仿真平臺;接著討論了各配對算法在 SCM信道、路徑損耗、陰影衰落等條件下可獲得的系統(tǒng)容量,通過分析系統(tǒng)歸一化容量曲線的不同,總結(jié)歸納了各算法的特點;最后對不同算法需要的浮點運算復(fù)雜度進行了統(tǒng)計,綜合考察各算法的優(yōu)劣,指出行列式配對(Determinant Pairing,DP)的優(yōu)越性。
　　第三章研究了上行多用戶配對與資源分配聯(lián)合優(yōu)化問題。由于上行

5、多用戶MIMO中配對的用戶必須使用相同的時/頻資源,因此針對單個用戶進行資源分配并不合理,必須將虛擬MIMO中的配對用戶作為一個整體考慮。為不同的配對用戶組進行資源分配是一個非確定性多項式(Non-Deterministic Polynomial,NP)求解問題。最優(yōu)解需要通過窮搜索獲得,經(jīng)過很復(fù)雜的運算,算法復(fù)雜度高,解決問題的關(guān)鍵是如何設(shè)計具有較低復(fù)雜度的次優(yōu)算法。在TD-LTE系統(tǒng)中,這個問題的實質(zhì)是用戶配對與資源分配的聯(lián)合優(yōu)化問

6、題。本章針對聯(lián)合優(yōu)化問題進行建模并研究了三種次優(yōu)的解法,從子問題獲解順序先后的角度出發(fā),分別是:先配對后分配、先分配后配對、邊分配邊配對。其核心思想是將優(yōu)化問題分解為兩個子問題來分步解決,區(qū)別在于解決問題的先后順序不同。文中首先簡要分析了優(yōu)化問題的模型并簡述了基于窮搜索的最優(yōu)解求法;然后給出了三種次優(yōu)解法的具體實施步驟,其中包括對上行資源分配算法的說明;最后仿真評估了三種算法下的用戶歸一化吞吐量,通過比較吞吐量曲線指明了“先配對后分配”

7、算法能保證較高的用戶性能。
　　第四章研究了上行多點協(xié)作( Coordinated Multiple Points Transmission/Reception,CoMP)系統(tǒng)中的資源管理問題,其本質(zhì)是如何實現(xiàn)最優(yōu)的用戶聯(lián)合調(diào)度(Joint Scheduling),同時,在TD-LTE系統(tǒng)中還需考慮采用干擾抑制合并技術(shù)( Interference Rejection Combining, IRC)和鏈路自適應(yīng)技術(shù)( Link Ad

8、aptive Technology)的聯(lián)合優(yōu)化。本章首先給出了上行三小區(qū)協(xié)作的系統(tǒng)模型,搭建了基于Matlab的多小區(qū)仿真平臺;之后介紹了兩種常用的聯(lián)合調(diào)度算法,分別考慮了基于單個小區(qū)內(nèi)的用戶正交、基于協(xié)作系統(tǒng)內(nèi)的全局正交兩種思路,利用到了比例公平(Proportional Fairness,PF)準(zhǔn)則和DP配對算法,接著基于這兩種算法提出了一種切換調(diào)度算法,將其優(yōu)點結(jié)合到一起。通過在仿真平臺上評估三種算法下的系統(tǒng)容量和用戶吞吐量,驗證