OFDM協(xié)同中繼系統(tǒng)自適應(yīng)資源分配技術(shù)研究.pdf

1、正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)通過(guò)將頻率選擇性多徑衰落信道在頻域內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)閱螐狡教顾ヂ湫诺溃瑥亩梢杂行б种品?hào)間干擾（ISI）。通過(guò)將相互正交的子信道分配給不同的終端，正交頻分復(fù)用接入（OFDMA）可認(rèn)為是 OFDM技術(shù)在多用戶環(huán)境下的擴(kuò)展。OFDMA為無(wú)線資源的分配提供了更大的自由度，使得容量、覆蓋以及公平性等性能指標(biāo)可以得到較好的折中。此外，在現(xiàn)有的蜂窩網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)下增加中繼節(jié)點(diǎn)，利用多跳傳輸?shù)姆绞娇梢赃M(jìn)一步擴(kuò)大系統(tǒng)的覆蓋范圍以及提供更

2、高的頻譜效率；而且中繼不需要使用有線回程鏈路，具有較低的成本。因此，OFDM與協(xié)同中繼技術(shù)已經(jīng)成為下一代無(wú)線通信中的關(guān)鍵技術(shù)被討論，而二者的結(jié)合更是涵蓋了各自的優(yōu)點(diǎn)，具有廣泛的研究與應(yīng)用前景。
　　 本文以 OFDM協(xié)同中繼系統(tǒng)中的資源分配技術(shù)作為研究?jī)?nèi)容。在概述OFDM系統(tǒng)的發(fā)展以及無(wú)線資源分配技術(shù)之后，論文的第二章簡(jiǎn)要介紹了OFDM系統(tǒng)中資源分配的幾類目標(biāo)以及對(duì)應(yīng)的相關(guān)技術(shù)，包括單小區(qū)中容量與公平性的折中，以及多小區(qū)中系統(tǒng)容

3、量與小區(qū)邊緣性能的折中。
　　 論文第三章引出協(xié)同中繼技術(shù)，并簡(jiǎn)要討論了兩種固定中繼方案：放大轉(zhuǎn)發(fā)（AF）與解碼轉(zhuǎn)發(fā)（DF）方案的基本原理。
　　 論文的第四章對(duì)于單小區(qū) OFDM協(xié)同中繼系統(tǒng)中的資源分配技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的研究。現(xiàn)有文獻(xiàn)中已討論了幾種中繼傳輸中的關(guān)鍵技術(shù)，包括中繼選擇技術(shù)，最優(yōu)功率分配，兩跳系統(tǒng)的子載波配對(duì)等。在此基礎(chǔ)之上，本文提出了一種解碼轉(zhuǎn)發(fā)兩跳點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信中的基于梯度法的迭代最優(yōu)功率分配算法。對(duì)于考慮實(shí)

4、際離散頻譜效率約束的放大轉(zhuǎn)發(fā)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，本文提出了一種最優(yōu)的比特加載算法，在每載波上對(duì)直接傳輸和協(xié)同中繼傳輸進(jìn)行自適應(yīng)選擇，并且能夠結(jié)合子載波配對(duì)技術(shù)，有效的減小了系統(tǒng)（源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)）的能量消耗。接著本文研究了多中繼點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信中的資源分配。通過(guò)聯(lián)合考慮中繼選擇，兩跳子載波配對(duì)，以及多中繼最優(yōu)功率分配，該優(yōu)化問(wèn)題被建模為一個(gè)二元混合整數(shù)規(guī)劃問(wèn)題。為有效求解該問(wèn)題，本文提出了一種啟發(fā)式貪婪算法，將原問(wèn)題分解為兩個(gè)獨(dú)立的子問(wèn)題進(jìn)行有效求解

5、。該算法能極大的提高系統(tǒng)容量，并與性能上限差別很小。對(duì)于多用戶兩跳中繼系統(tǒng)，本文提出了兩種聯(lián)合子載波配對(duì)的比例公平（PF）資源分配算法，能夠在有效利用多用戶分集增益的同時(shí)保證一定的用戶公平度。這兩種算法在子載波分配和配對(duì)的順序上有所不同，但相對(duì)于從單跳系統(tǒng)中擴(kuò)展出的傳統(tǒng) PF分配方法都有一定的容量增益，并能達(dá)到最優(yōu)的用戶公平度指標(biāo)（GPF）。
　　 對(duì)于多小區(qū)環(huán)境下的 OFDM協(xié)同中繼系統(tǒng)，由于中繼的加入使得系統(tǒng)中的干擾環(huán)境更加

6、復(fù)雜，資源分配需要對(duì)各個(gè)接入節(jié)點(diǎn)進(jìn)行協(xié)調(diào)。第五章首先介紹了協(xié)同中繼系統(tǒng)中的干擾環(huán)境以及幾種現(xiàn)有的靜態(tài)/半靜態(tài)干擾協(xié)調(diào)算法。接著，本文對(duì)于干擾受限的空間復(fù)用解碼轉(zhuǎn)發(fā)中繼系統(tǒng)中容量最大化的子載波功率分配算法進(jìn)行了研究。首先通過(guò)算數(shù)幾何平均不等式近似的方法，將該優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一種幾何規(guī)劃（GP）問(wèn)題從而有效求解；并通過(guò)迭代的方式，在多次近似求解后使得轉(zhuǎn)化問(wèn)題的解逐漸收斂于原問(wèn)題的解。由于這種算法的復(fù)雜度較高，本文還提出了一種具有較低復(fù)雜度的貪