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雜的無線環(huán)境間的矛盾。由于OFDMA技術具有高頻譜效率并能抗多徑干擾，中繼技術能夠擴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和中繼技術已經作為下一代無線通信網絡的核心技術，被寫入了IEEE 802.16j和3GPP LTE-Advanced等標準化協(xié)議中。
　　 本文針對OFDMA中繼系統(tǒng)關鍵問題之一的

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)的重要性進行了論述，之后分析了OFDMA中繼網絡相對于傳統(tǒng)無中繼網絡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，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)新性的解決方案構成了本文的主體內容。
　　 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。通過對問題進行建模，將比例公平目標下的中繼選擇、子載波分配以及功率分配問題在數(shù)學上抽象為聯(lián)合優(yōu)化問題。為進行有效求解，先對整數(shù)待優(yōu)化變量進行連續(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)務的用戶滿意度問題，本文提出了區(qū)分業(yè)務的資源管理策略。
　　 用戶對不同類業(yè)務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：會話類業(yè)務和背景類業(yè)務。資源管理的目標為保證會話類業(yè)務用戶效用函數(shù)值為1時最大化背景類業(yè)務用戶的總效用。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。為降低復雜度，本文根據最優(yōu)求解得到的結論進一步提出了低復雜度的啟發(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。已有研究一般假設隊列一直有數(shù)據發(fā)送，但實際系統(tǒng)中用戶業(yè)務的到達具有隨機性，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，進行資源分配的目標函數(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)。將上述目標下的子載波配對、載波對在鏈路的分配及功率分配問題進行聯(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)務的速率控制問題，本文提出了跨層資源管理策略。當網絡中存在速率可控的彈性業(yè)務時，根據網絡的資源狀況自適應地調整業(yè)務速率可以提高系統(tǒng)性能。然而，如何將速率控制與資源分配相結合是具有挑戰(zhàn)性的問題。
　　 由此，本文采用跨層思想，對應用層、MAC 層和物理層進行聯(lián)合優(yōu)化，目標為最大化系統(tǒng)中彈