多用戶MIMO-OFDM系統(tǒng)中的資源分配與多小區(qū)協(xié)作研究.pdf

1、多輸入多輸出正交頻分復用（MIMO-OFDM）技術不但可以有效地消除多徑衰落的影響，而且可以顯著提升系統(tǒng)的頻譜效率和可靠性，已被認定為未來無線通信系統(tǒng)中實現高速率、高質量數據傳輸的核心技術。MIMO-OFDM系統(tǒng)的多通道并行傳輸的特性使之更加適合動態(tài)資源分配技術的應用，當系統(tǒng)中同時存在多個用戶時，通過合理的用戶調度和資源分配可以獲得更好的系統(tǒng)性能。由于系統(tǒng)中存在著子載波、時隙、發(fā)射功率、比特速率、空間子信道等多種可用無線資源，從而使得動

2、態(tài)資源分配問題更加靈活，同時也變得更加復雜。尤其是對于多小區(qū)通信系統(tǒng)，由于小區(qū)與小區(qū)之間同信道干擾的影響，不同小區(qū)在進行用戶調度和資源分配時將會相互影響、相互制約，從而進一步增加了問題的復雜性。因此，研究與設計具有更高性能和更低復雜度的用戶調度與資源分配算法便成為一項具有重要現實意義的研究課題。本論文著重對多用戶OFDM系統(tǒng)、多用戶MIMO系統(tǒng)、多用戶MIMO-OFDM系統(tǒng)以及多小區(qū)協(xié)作系統(tǒng)中的動態(tài)資源分配問題進行了深入研究，具體的研究

3、內容和主要貢獻如下： 1．針對多用戶多業(yè)務OFDM系統(tǒng)下行鏈路提出了一種次優(yōu)的動態(tài)資源分配方案，該方案通過將用戶按照QoS要求的不同進行分類，并優(yōu)先為QoS要求較高的用戶聯(lián)合分配子載波和發(fā)射功率等資源，然后將剩余資源分配給優(yōu)先級較低的用戶，有效地提高了資源利用率，提升了系統(tǒng)的整體數據速率。 2．提出了有限反饋MIMO/SDMA系統(tǒng)下行鏈路用戶調度和功率分配算法，所提算法利用隨機波束形成和接收天線選擇的思想，將各用戶的最大

4、和第二大信干噪比及其對應的波束索引號反饋給基站實現用戶調度，然后利用基站端獲得的部分信道信息進行功率注水，可以在不增加反饋信息量的情況下獲得更好的吞吐量性能，從而在所需反饋量和系統(tǒng)吞吐量之間獲得了更好的折衷。 3．研究了下行多用戶MIMO-OFDMA/SDMA系統(tǒng)中的動態(tài)資源分配問題，首先基于子空間距離定義了一個新的用于度量配置有多根接收天線的用戶之間的空間兼容性的指標，并根據該指標提出了一種基于最佳用戶優(yōu)先準則的調度算法，然后

5、在所提調度算法的基礎上提出了兩種次優(yōu)的資源分配算法。與基于隨機調度的分配算法相比，所提算法可以獲得更好的吞吐量性能，尤其是在與功率復用策略相結合的情況下，其性能更加接近于基于用戶選擇的最優(yōu)分配算法的性能。 4．提出了一種多業(yè)務MIMO-OFDMA/SDMA系統(tǒng)下行鏈路用戶調度與資源分配方案，該方案首先基于業(yè)務類型和子空間距離采用聚類分析的方法對用戶進行分組，然后根據用戶分組的情況，結合不同業(yè)務的優(yōu)先級進行跨層調度和資源分配，通過

6、最大化每個子載波的吞吐量近似實現了系統(tǒng)整體吞吐量的最大化，有效地降低了調度過程中所需搜索的用戶空間的維數，更好地滿足了不同業(yè)務用戶的QoS要求，同時獲得了更加理想的吞吐量性能。 5．針對全復用多小區(qū)系統(tǒng)下行鏈路提出了一種半分布式的用戶調度與功率分配方案，該方案首先由各基站根據自身所轄小區(qū)內各用戶的信道與干擾信息采用最大信干噪比準則進行用戶調度，然后將所調度用戶的信息上報給中央資源控制器，最后由中央資源控制器采用基于修正的最速下降

7、法的貪婪功率分配算法對各基站的發(fā)射功率進行優(yōu)化分配。所提方案充分利用了小區(qū)之間的相互協(xié)作，有效抑制了小區(qū)間干擾的不利影響，獲得了更好的吞吐量性能和更高的功率效率。 6．采用博弈論的方法提出了一種多小區(qū)OFDMA系統(tǒng)資源分配方案，該方案首先將各基站的最大可用發(fā)射功率平均分配給各子載波，然后由所有小區(qū)在每個子載波上獨立地進行資源分配博弈，給出了用戶調度和功率分配聯(lián)合博弈模型。為了進一步簡化，將用戶調度和功率分配分開完成，給出了用戶集

8、合確定情況下的非合作功率分配博弈模型，并證明了其納什均衡的存在性和唯一性，進而設計了具體的博弈算法。通過將用戶的信道增益引入到定價函數，所提方案在保證吞吐量性能的同時，進一步提升了系統(tǒng)的公平性。 7．提出了一種基于最大化信漏噪比準則的多小區(qū)有限協(xié)作MIMO系統(tǒng)下行鏈路預編碼方案，該方案不需要相互協(xié)作的基站之間共享不同用戶的數據信息，每個用戶只從自身所在小區(qū)的基站接收有用信息，預編碼矩陣由為其服務的基站根據所獲得的瞬時或混合信道信