多用戶(hù)MIMO-OFDM系統(tǒng)中的無(wú)線(xiàn)資源管理關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、多輸入多輸出（MIMO，Multi-Input and Multi-Output)技術(shù)，正交頻分復(fù)用（OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技術(shù)和自適應(yīng)傳輸技術(shù)的結(jié)合，被認(rèn)為將會(huì)是未來(lái)無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢(shì)和基礎(chǔ)。一般說(shuō)來(lái)，無(wú)線(xiàn)資源管理算法可以更加有效利用系統(tǒng)內(nèi)有限的資源，從而使得系統(tǒng)性能大大提高。因此，對(duì)于MIMO-OFDM系統(tǒng)自適應(yīng)無(wú)線(xiàn)資源管理優(yōu)化算法的研究，就成為了目前

2、國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域內(nèi)的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。 本文首先提出了一種OFDM系統(tǒng)中自適應(yīng)子載波和功率分配優(yōu)化算法。動(dòng)態(tài)子載波分配算法指的是在多用戶(hù)MIMO-OFDM系統(tǒng)中，根據(jù)分散在小區(qū)中不同位置的各個(gè)用戶(hù)瞬時(shí)的信道狀況，動(dòng)態(tài)地調(diào)整系統(tǒng)內(nèi)所有子載波在不同用戶(hù)之間的分配。理論研究表明，這種分配方式相比于傳統(tǒng)的靜態(tài)子載波分配方式，可以最大程度地利用由于用戶(hù)在系統(tǒng)內(nèi)隨機(jī)分散而帶來(lái)的多用戶(hù)分集效應(yīng)，使得系統(tǒng)容量得到很大提高。本文提出的算法還考慮了不

3、同用戶(hù)數(shù)據(jù)傳輸速率比例性要求，可以事先設(shè)定不同用戶(hù)的數(shù)據(jù)傳輸速率，更加符合實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。由于最優(yōu)分配子載波，功率問(wèn)題是一個(gè)非常復(fù)雜的多參數(shù)、非線(xiàn)性?xún)?yōu)化算法問(wèn)題，如果要精確求解其最優(yōu)解，則將會(huì)是一個(gè)計(jì)算復(fù)雜度非常高的問(wèn)題，很難應(yīng)用在實(shí)時(shí)的自適應(yīng)技術(shù)中。因此，本文中研究的各種算法都是降低了計(jì)算復(fù)雜度之后的次優(yōu)算法，雖然是次優(yōu)算法，但是系統(tǒng)性能相比于傳統(tǒng)的靜態(tài)分配算法依然得到了很大的提高。 本文接著研究了基于遺傳算法的自適應(yīng)資源管

4、理算法。由于遺傳算法特別適合應(yīng)用于多參數(shù)非線(xiàn)性的優(yōu)化問(wèn)題，相比于傳統(tǒng)的貪婪算法，基于遺傳算法的子載波分配方案可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能。根據(jù)OFDM系統(tǒng)無(wú)線(xiàn)資源管理優(yōu)化算法問(wèn)題的特殊性，在對(duì)遺傳算法中的編碼、交叉、變異研究基礎(chǔ)上，本文設(shè)計(jì)了一種特殊的遺傳算法，性能仿真結(jié)果表明，遺傳算法可以進(jìn)一步地提高系統(tǒng)容量，這是因?yàn)?，相比于傳統(tǒng)的貪婪算法得到局部最優(yōu)解，遺傳算法得到的是系統(tǒng)優(yōu)化問(wèn)題的全局最優(yōu)解。 本文最后研究了MIMO-OFDM系

5、統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)資源管理問(wèn)題。聯(lián)合考慮最優(yōu)化分配子載波和比特加載自適應(yīng)算法，以及基于注水算法的功率分配來(lái)共同提高系統(tǒng)性能。此外，在多天線(xiàn)系統(tǒng)中，又增加了一個(gè)空間自由度。因此，本文根據(jù)Frobenius范數(shù)理論通過(guò)最大化信道矩陣的奇異值來(lái)提高系統(tǒng)容量，提出了基于奇異值分解（SVD，Singular Value Decomposition）方法的子載波功率次優(yōu)分配算法，性能仿真表明這種算法在高信噪比條件下相比于傳統(tǒng)的波束成型技術(shù)大大提高了系統(tǒng)性能，