OFDMA中繼通信系統(tǒng)資源分配研究.pdf

1、移動互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展極大地刺激了人們對無線通信高數(shù)據(jù)速率和多業(yè)務服務的需求。然而無線頻譜資源非常稀缺，因此提高其利用率是無線通信研究的重要內(nèi)容之一。正交頻分復用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）技術不但能夠充分利用頻譜資源，而且可以對抗無線信道的多徑效應，在4G通信中發(fā)揮著非常重要的作用。正交頻分多址（Orthogonal Frequency Division Multip

2、le Access，OFDMA）技術是一種基于OFDM的多址技術，有效地避免了用戶間干擾，并且能夠提供靈活的資源分配方式。中繼通信是一種協(xié)作通信技術，可以擴大基站的覆蓋范圍，提高通信的可靠性和服務質(zhì)量。多輸入多輸出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）技術能夠獲得較高的分集增益，增加系統(tǒng)容量。無線通信系統(tǒng)中動態(tài)地資源管理方式能夠進一步提高系統(tǒng)資源利用率，保證系統(tǒng)容量和用戶服務質(zhì)量的提升。本論文對OFD

3、MA中繼系統(tǒng)中下行鏈路的資源分配問題進行了研究，主要包括三個部分：
　　（1）針對不同業(yè)務類型用戶的服務質(zhì)量問題，提出了一種保證用戶最低速率的MIMO中繼系統(tǒng)資源分配算法。首先，用戶按照速率要求的大小排序并依次為每個用戶分配一個相對最優(yōu)的子載波和選擇一個最佳的中繼進行轉(zhuǎn)發(fā)，在假設系統(tǒng)功率平均分配的前提下計算每個用戶能夠達到的最大速率；然后計算此速率與最低速率要求的差值，為差值絕對值最大的用戶繼續(xù)分配一個相對最優(yōu)的子載波和最佳中繼并

4、更新其速率與差值，子載波每次被分配后從可用子載波集合中刪除，繼續(xù)執(zhí)行直到子載波集為空時則分配完成；最后，利用凸優(yōu)化理論，計算得到每個用戶子載波上的功率優(yōu)化分配。仿真結果表明，所提算法能夠有效地保證每個用戶的最低速率要求。
　?。?）針對實際問題中用戶對速率需求的差異性，提出了一種基于用戶速率成比例公平約束的OFDMA中繼系統(tǒng)資源分配算法。在算法中，首先根據(jù)每個用戶在不同子載波上的信道條件確定其傳輸模式是中繼傳輸還是直接傳輸；然后按

5、照比例因子大小依次為每個用戶分配一個最優(yōu)的子載波并根據(jù)其傳輸模式選擇一個最佳中繼轉(zhuǎn)發(fā)或是直接傳輸，在假設等功率分配的前提下計算用戶能夠達到的最大速率及其與比例系數(shù)的商值；接著，為此商值最小的用戶繼續(xù)分配一個最優(yōu)的子載波和選擇傳輸模式并更新其速率與商值，子載波每次分配后從子載波集中刪除，繼續(xù)執(zhí)行直到所有的子載波被分配完畢；最后，在系統(tǒng)功率和比例速率的共同約束下，推導出每個子載波功率分配的閉式解。仿真結果表明，所提算法能夠較好地保證用戶的公

6、平性。
　?。?）基于傳統(tǒng)型中繼傳輸過程在第二時隙時存在子載波未被充分利用的問題，提出了一種改進型中繼傳輸和多中繼轉(zhuǎn)發(fā)的資源分配算法。首先，通過簡化接收信噪比得到多中繼轉(zhuǎn)發(fā)時的等效信道增益并根據(jù)每個用戶不同子載波的信道情況確定其傳輸模式及中繼模式時的轉(zhuǎn)發(fā)中繼集合；然后，通過將原問題轉(zhuǎn)化為對偶問題并依次對基站和中繼發(fā)送功率求導，得到其關于拉格朗日乘子的表達式和兩個時隙不同子載波配對時的速率貢獻矩陣；最后，在系統(tǒng)總功率的限制下通過迭代