中繼增強蜂窩網(wǎng)絡中無線資源分配技術(shù)的研究.pdf

1、傳統(tǒng)的無線蜂窩網(wǎng)絡為了提高系統(tǒng)容量，擴大網(wǎng)絡覆蓋范圍通常需要部署大量的基站，導致投入成本和運營成本的大幅上升。為了緩解這一矛盾，新一代的中繼增強蜂窩網(wǎng)絡架構(gòu)應運而生，得到了產(chǎn)業(yè)界和學術(shù)界越來越多的關(guān)注，成為一個新的研究熱點。值得注意的是，作為移動通信系統(tǒng)核心技術(shù)之一的無線資源分配技術(shù)對于充分發(fā)揮中繼增強蜂窩網(wǎng)絡的各種優(yōu)勢起著十分重要的作用。然而，中繼節(jié)點的引入改變了網(wǎng)絡的體系架構(gòu)，使得網(wǎng)絡環(huán)境變得更加復雜，對無線資源分配提出了新的挑戰(zhàn)。

2、因此，針對中繼增強蜂窩網(wǎng)絡的無線資源分配的研究已成為目前迫切且關(guān)鍵的課題之一。為此，本論文以中繼增強蜂窩網(wǎng)絡為研究背景，在信息論與凸優(yōu)化理論的指導下，采用理論推導與實驗研究相結(jié)合的方法，研究了中繼增強蜂窩網(wǎng)絡的跨層資源分配技術(shù)中的若干關(guān)鍵問題。
　　飛速發(fā)展的移動通信業(yè)務對系統(tǒng)的資源利用效率和用戶公平性方面都提出了更高要求，為了兼顧資源分配的效率與公平性，本文研究了多用戶 OFDMA蜂窩網(wǎng)絡的基于效用的資源分配算法。針對包含軟Qo

3、S業(yè)務與BE業(yè)務的混合業(yè)務場景提出了一種最大化系統(tǒng)效用的跨層資源分配模型；基于該模型提出了一種基于最優(yōu)松弛解的動態(tài)子載波分配算法，即MMU算法。MMU算法在滿足QoS用戶的速率要求前提下為BE用戶提供了較高的吞吐量與良好的公平性，并且可獲得接近于理論最優(yōu)值的系統(tǒng)效用值。
　　近年來，合作分集技術(shù)作為一種能夠有效提高通信可靠性，擴大網(wǎng)絡覆蓋范圍的新興傳輸技術(shù)得到了廣泛關(guān)注與研究。本文創(chuàng)新地將合作分集技術(shù)引入到中繼增強的OFDMA蜂窩

4、網(wǎng)絡中，針對包含硬QoS業(yè)務與BE業(yè)務的混合業(yè)務場景，考慮基站與中繼節(jié)點各自的最大發(fā)射功率限制，研究了中繼節(jié)點采用簡單子載波配對與比特重分配這兩種不同數(shù)據(jù)處理方式下的最大化系統(tǒng)效用的聯(lián)合資源分配算法，分別提出了C-JSPA算法與CoRA算法，解決了合作中繼節(jié)點選取，子載波分配與功率控制問題。與未考慮合作中繼和/或聯(lián)合資源調(diào)度的算法相比，C-JSPA算法在提高用戶效用與系統(tǒng)吞吐量，以及節(jié)約能量方面具有明顯優(yōu)勢。進一步地， CoRA算法允許

5、基站與合作中繼節(jié)點都進行資源調(diào)度，充分利用了無線信道的時間，頻率以及多用戶分集特性，進一步改善了系統(tǒng)的用戶效用、吞吐量、能量消耗以及能容納的用戶數(shù)等性能。
　　另一方面，隨著移動通信業(yè)務的迅速增長，綠色無線網(wǎng)絡設計受到了產(chǎn)業(yè)界和學術(shù)界的廣泛重視。本文研究了OFDM中繼系統(tǒng)的綠色資源分配算法?？紤]系統(tǒng)的發(fā)射功率消耗與電路功率消耗，提出了一種最大化系統(tǒng)能效的資源分配模型，從而聯(lián)合優(yōu)化各個子載波的通信方式選擇以及源節(jié)點與中繼節(jié)點的功率分

6、配?；谠撃Ｐ头治鲎C明了在給定通信方式選擇條件下系統(tǒng)最大能效是關(guān)于系統(tǒng)總發(fā)射功率的嚴格擬凹函數(shù)；進而提出了 GreenPA算法以獲得能效最優(yōu)的功率分配。相比于譜效優(yōu)先的功率分配算法，GreenPA算法可顯著提升系統(tǒng)的能量效率。
　　此外，中繼節(jié)點在改善本小區(qū)邊緣用戶服務質(zhì)量的同時也給相鄰小區(qū)的用戶帶來了干擾，并且干擾環(huán)境比傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡的更加復雜。因此，小區(qū)間干擾管理是中繼增強蜂窩網(wǎng)絡的無線資源分配研究中的另一個亟待解決的關(guān)鍵問題。

7、本文針對全局頻率復用的中繼增強無線蜂窩多小區(qū)網(wǎng)絡，考慮小區(qū)間干擾對中繼節(jié)點與移動終端的影響，以及基站與中繼節(jié)點各自的最大發(fā)射功率約束，分別研究了最大化系統(tǒng)吞吐量的功率控制算法，與聯(lián)合用戶調(diào)度、中繼節(jié)點選擇與功率控制算法。首先針對所有小區(qū)都采用兩跳中繼通信場景下的功率控制問題提出了EEPA算法和QDPA算法。EEPA算法提供了一種高效節(jié)能的功率分配方案。QDPA算法具有準分布式實現(xiàn)與計算復雜度低的特點，非常適用于實際系統(tǒng)。EEPA算法與Q