OFDMA系統小區(qū)間干擾消除與資源分配算法研究.pdf

1、無線網絡期望能夠支持更為廣泛的通信服務，如語音，視頻和多媒體服務等。然而，無線通信環(huán)境中，信道的時變性和無線資源的匱乏，如功率和寬帶，對可靠通信提出了挑戰(zhàn)。解決無線通信瓶頸問題的關鍵是提高無線頻譜資源利用的有效性，即在滿足服務質量的前提下，最大限度地提高頻譜效率及系統容量。隨著寬帶蜂窩系統的發(fā)展，全球微波互聯接入(WiMAX, Worldwide interoperability for Microwave Access)系統和第三代合

2、作伙伴計劃(3GPP,3rd Generation Partnership Project)的長期演進(LTE, Long Term Evolution)系統，都選擇了OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)作為其物理層接入技術，為多用戶系統提供高頻譜效率。但是，對有限的無線資源進行有效地分配來滿足用戶的多樣化服務要求面臨很多技術挑戰(zhàn)，其中首要的就是資源分配問題。一方面，多

3、小區(qū)的OFDMA系統相比于碼分多址(CDMA, Code Division Multiple Access)系統，小區(qū)間干擾更為嚴重。另一方面，由于OFDMA系統的自身特點又使得該系統的資源分配需要特殊的考慮。因此，研究OFDMA系統的小區(qū)間干擾消除和高效的資源分配算法，提高系統頻譜效率是一項重要的研究課題。
　　目前，對于OFDMA系統資源分配的研究主要集中在單小區(qū)以及下行鏈路上。然而，現有的資源分配算法往往無法從單小區(qū)簡單地擴

4、展到多小區(qū)，同時，單小區(qū)的資源分配的各種算法在用戶的公平性上仍然有許多需要改進的地方。在分析國內外文獻的基礎上，本文對OFDMA系統的資源分配方法進行了深入研究。從研究多小區(qū)子載波分配碰撞入手，著重研究了減少小區(qū)間干擾的算法，以提高無線資源的頻譜效率，同時解決了OFDMA系統的資源分配問題。這些工作提高了OFDMA系統的資源有效利用率，對未來的無線通信系統的資源分配，保證用戶之間的公平性，同時降低復雜度具有積極意義和參考價值。本文針對O

5、FDMA系統多小區(qū)的資源分配問題，主要研究了以下四個方面：
　　第一，對OFDMA系統多小區(qū)之間干擾消除的研究。考慮到近年來OFDMA系統資源分配的研究多集中于單小區(qū)，而對于多小區(qū)資源分配的研究較少這一情況，針對多小區(qū)的特點，研究了多小區(qū)之間的子載波分配帶來的碰撞引起的干擾。進而，在多小區(qū)子載波分配的干擾碰撞概率分析的基礎上，研究了多小區(qū)之間干擾消除的方法，并通過仿真對小區(qū)間干擾消除進行了驗證。此外，分析了軟頻率復用對消除小區(qū)間干

6、擾，以及小區(qū)邊緣和小區(qū)中心用戶的功率分配對相應用戶容量的影響，為后文針對這些影響提出的改善算法奠定了理論基礎。
　　第二，動態(tài)小區(qū)間干擾消除算法的研究。針對OFDMA系統普遍存在的多小區(qū)間干擾對網絡性能產生的不利影響，考慮到其它小區(qū)間干擾消除算法的不足，提出了基于軟頻率復用的最大比合并消除小區(qū)間干擾算法。首先提出了基站合作的建立過程，為實現最大比合并提供了可行性。然后，相鄰小區(qū)邊緣用戶使用相同的子載波，在小區(qū)負載低的情況下，采用軟

7、頻率復用技術，減少小區(qū)間干擾，在負載高的情況下，利用最大比合并技術改善小區(qū)邊緣用戶的性能。所提基于軟頻率復用的最大比合并算法，不僅算法的復雜度低，而且利用了小區(qū)間的干擾，通過改善小區(qū)邊緣用戶的性能，來提高整個系統頻譜效率。
　　第三，低復雜度的OFDMA資源分配算法的研究。鑒于現有的子載波和功率分配算法復雜高、公平性較差的情況，提出了低復雜度的資源分配算法。在子載波分配過程中考慮用戶的公平性，每個用戶首先選擇一個具有最大信道增益的

8、子載波，直到所有的用戶選擇完第一個子載波后才進行下一個子載波的選取?；谏厦娴淖虞d波分配，提出一種混合功率分配算法(HPD, Hybrid Power Distribution)，在小區(qū)邊緣使用注水功率分配，由于信道增益的降序排列，減少迭代次數；而在小區(qū)中心使用等功率分配，無需迭代運算。該算法與整個小區(qū)采用注水算法相比，有效地降低了復雜度，與等功率分配相比，尤其是對于小區(qū)邊緣的用戶，容量得到了提高。
　　第四，減少上行信道質量信息

9、(CQI, Channel Quality Information)反饋算法的研究。針對目前上行信道信息的反饋量大和公平性欠佳的問題，提出了減少上行反饋的資源分配算法。該算法在高信噪比下，小區(qū)中心的用戶不需要反饋CQI，而在低信噪比的小區(qū)邊緣，當用戶量小時，采用1bit反饋，當用戶量大時，采用基于門限的Best-M反饋方案。同時，根據Best-M反饋方案，提出了對第一個用戶優(yōu)先選擇方案。所提算法，在保證資源分配必要的反饋信息的前提下，對