V-MIMO系統(tǒng)中用戶配對與資源分配問題研究.pdf

1、隨著無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展以及各類電子設(shè)備的無線化和智能化，人們可以隨時(shí)隨地與任何人或設(shè)備進(jìn)行信息通信、辦公或娛樂等。包含在線視頻、網(wǎng)絡(luò)通話、云存儲業(yè)務(wù)等在內(nèi)的移動互聯(lián)網(wǎng)多媒體應(yīng)用正在逐步成為各行各業(yè)人們的新寵，這些新興的業(yè)務(wù)具有數(shù)據(jù)速率高、實(shí)時(shí)性高等特點(diǎn)，如此便對無線通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率提出了更高的要求。多輸入多輸出(Multiple InputMultiple Output，MIMO)技術(shù)由于具有高頻譜利用率和高系統(tǒng)容量等優(yōu)點(diǎn)，被廣

2、泛應(yīng)用于無線通信網(wǎng)絡(luò)中。然而考慮到體積和能耗等問題，在微型手持移動終端上部署多天線是不切實(shí)際的。為了克服該問題，相應(yīng)地，人們針對于長期演進(jìn)技術(shù)(Long Term Evolution，LTE)上行系統(tǒng)提出了虛擬MIMO(VirtualMIMO，V-MIMO)技術(shù)。V-MIMO技術(shù)是將多個單天線移動終端與一個多天線基站結(jié)合形成一個虛擬的MIMO系統(tǒng)，以期獲得和MIMO系統(tǒng)類似的性能提升。不同于LTE下行無線通信系統(tǒng)采用的正交頻分多址接入技

3、術(shù)(OrthogonalFrequency Division Multiple Access，OFDMA)，LTE上行V-MIMO系統(tǒng)采用具有低峰值平均功率比(Peak to Average Power Ratio，PAPR)的單載波頻分多址接入技術(shù)（Single Carrier Frequency Division Multiple Access，SC-FDMA），在進(jìn)行頻域資源分配時(shí)需要考慮連續(xù)性約束，此外還需要對用戶進(jìn)行分組配對，

4、故研究V-MIMO系統(tǒng)中的用戶配對與資源分配問題具有非常重要的意義。
　　本文主要研究LTE上行V-MIMO系統(tǒng)中用戶配對與資源分配聯(lián)合調(diào)度問題以及與此相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)穩(wěn)定性問題，主要研究內(nèi)容和貢獻(xiàn)如下:
　　建立了基于收益函數(shù)的一般性數(shù)學(xué)模型:基于收益函數(shù)理論，我們建立了LTE上行V-MIMO系統(tǒng)中用戶配對與資源分配聯(lián)合調(diào)度問題的一般性數(shù)學(xué)模型。該收益函數(shù)具有一般性，其可以根據(jù)需求設(shè)定為系統(tǒng)吞吐量性、用戶公平性等以實(shí)現(xiàn)不同的調(diào)

5、度策略。此外，本文還證明了該一般性優(yōu)化問題是NP-hard的。
　　提出了多種聯(lián)合調(diào)度算法:針對于上述聯(lián)合調(diào)度問題，本文分別從最優(yōu)解算法、啟發(fā)式算法和近似算法等三個角度出發(fā)，相對應(yīng)地提出了最優(yōu)解算法B-QPF，啟發(fā)式算法FuF和具有常數(shù)近似因子2的近似算法B-LRT，其中后兩者為通用型算法，可以根據(jù)實(shí)際需求對收益函數(shù)進(jìn)行設(shè)定。從仿真結(jié)果來看，B-QPF算法改善了已有用戶配對算法對隊(duì)列模型系統(tǒng)的支持;FuF算法在保持良好性能的同時(shí)具

6、有最低的算法復(fù)雜度;B-LRT算法對原問題近似程度最好，雖犧牲了部分算法復(fù)雜度，但換來了最好的性能表現(xiàn)。
　　提出了一種聯(lián)合調(diào)度算法穩(wěn)定性判定方法:含數(shù)據(jù)隊(duì)列模型的資源調(diào)度系統(tǒng)穩(wěn)定性問題近來越來越受重視。本文基于李雅普諾夫穩(wěn)定性理論分析了用戶配對與資源分配聯(lián)合調(diào)度算法對數(shù)據(jù)隊(duì)列系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，并提出了一種聯(lián)合調(diào)度算法穩(wěn)定性判決條件，可以極大簡化算法穩(wěn)定性的分析過程。此外，我們基于此判決條件對本文所提的B-QPF算法和B-LRT算