基于MIMO OFDM無線資源管理技術(shù)的研究.pdf

1、第四代移動(dòng)系統(tǒng)包含多種關(guān)鍵性的技術(shù)，其中多入多出(MIMO)和正交頻分復(fù)用(OFDM)是最有前景的兩項(xiàng)物理層技術(shù)。MIMO技術(shù)能夠極大的提高系統(tǒng)容量，而OFDM技術(shù)能夠抵抗多徑干擾，因此MIMO OFDM技術(shù)能夠?yàn)槲磥硪苿?dòng)通信網(wǎng)絡(luò)提供最強(qiáng)勁的空中接口支撐。然而，頻譜資源的日趨緊張，使得運(yùn)營商提供無線多業(yè)務(wù)服務(wù)需要付出昂貴的頻譜費(fèi)用。因此，頻譜效率是決定采用一種技術(shù)的非常重要的因素，對(duì)B3G系統(tǒng)也是如此。無線資源管理的目標(biāo)就是在滿足用戶Q

2、oS需求的情況下，在有限的帶寬上最大限度地提高頻譜效率和系統(tǒng)容量，同時(shí)避免網(wǎng)絡(luò)擁塞的發(fā)生。因此，本文主要研究基于MIMO OFDM系統(tǒng)的無線資源管理技術(shù)。 系統(tǒng)容量對(duì)于無線資源管理的研究具有指導(dǎo)意義，因此本文首先研究了MIMO OFDM系統(tǒng)的容量。利用MIMO OFDM信道在空時(shí)頻三維衰落的特性，提出了空時(shí)頻三維注水算法，即在空時(shí)頻三維進(jìn)行功率分配。因此，同空頻注水算法和等功率分配算法相比，該算法可以獲得最大的各態(tài)歷經(jīng)信道容量。

3、同時(shí)，相對(duì)于空頻注水算法來說，由于空時(shí)頻注水水平的計(jì)算是基于信道的統(tǒng)計(jì)狀態(tài)信息，因此其需要反饋的信道狀態(tài)信息量少，而且對(duì)于平坦衰落和頻率選擇性衰落信道都適用。另外，由于不需要每個(gè)功率分配間隔都計(jì)算注水水平，因此，空時(shí)頻注水水平的計(jì)算復(fù)雜度也要低很多。 按照七層協(xié)議的定義標(biāo)準(zhǔn)，目前，MIMO OFDM無線資源管理技術(shù)的研究成果主要集中在物理層以及PHY-MAC跨層分配上。本文首先在物理層對(duì)MIMO OFDM波束成型系統(tǒng)的無線資源管

4、理技術(shù)進(jìn)行了研究。通過對(duì)幾種MIMO OFDM波束成型技術(shù)進(jìn)行性能分析，考慮到各種因素，本文采用直接共享的波束成型方式，其實(shí)質(zhì)上是選定了空分多址(SDMA)的方式。接下來，建立了OFDMA-SDMA MIMO OFDM波束成型系統(tǒng)無線資源管理的數(shù)學(xué)模型。該模型不僅考慮了空間上的多用戶分集，還考慮到每個(gè)子載波的多個(gè)空間信道同時(shí)進(jìn)行并行傳輸以最大限度的提高資源利用率。在這里，每個(gè)子載波和它的空間子信道的組合被定義為一組空頻子信道。比較遺憾的

5、是，由于存在同信道干擾，該問題在數(shù)學(xué)上是個(gè)NP-hard的問題。為了解決這個(gè)問題，我們提出了次優(yōu)的空頻子信道分配方案。該方案分為三個(gè)步驟：第一，假設(shè)不存在子載波共享，經(jīng)過推導(dǎo)，我們獲得最佳的空頻子信道分配方案；第二，基于第一步的子載波分配結(jié)果，在空間相關(guān)性足夠小的用戶之間進(jìn)行子載波共享；第三步，逐個(gè)用戶在所有的空頻子信道上進(jìn)行比特加載和功率分配。為了使得空頻子信道分配算法更為實(shí)用化，本文又提出了一種實(shí)用的空頻子信道分配算法。該算法對(duì)于每

6、個(gè)子載波基于次優(yōu)算法中推導(dǎo)出的子載波分配表達(dá)式給出新的子載波分配因子，利用該子載波分配因子進(jìn)行子載波分配，簡(jiǎn)化了計(jì)算復(fù)雜度。同時(shí)，結(jié)合自身的特點(diǎn)和反饋信息量降低的要求，又提出了一種插值波束成型反饋方案，以使得實(shí)用化算法在限制反饋的信道條件下也能使用。 跨層資源分配算法既考慮了上層的業(yè)務(wù)QoS特性，又考慮底層信道狀態(tài)，成為無線通信系統(tǒng)中比較有效的資源調(diào)度方式。本文研究了基于MIMO OFDM技術(shù)的IEEE802.16系統(tǒng)中的跨層資

7、源調(diào)度算法?？鐚釉O(shè)計(jì)有兩種理念：第一，自下而上，將下層信道信息傳遞到上層，在上層進(jìn)行資源調(diào)度；第二，自上而下，將上層業(yè)務(wù)的QOS要求映射到下層，在下層進(jìn)行資源分配。在本文中，QoS保證的公平性算法屬于自下而上的方式，即將等效信道增益映射到上層來代表信道狀態(tài)。然后綜合考慮業(yè)務(wù)QoS需求、調(diào)度器的狀態(tài)、業(yè)務(wù)的公平性以及信道狀態(tài)，定義子信道分配因子，利用該子信道分配因子進(jìn)行資源塊的分配，最后對(duì)每個(gè)連接進(jìn)行比特加載和功率分配。而QoS保證的最優(yōu)