学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

下一代无线中继系统中的多维资源联合优化策略

作　者: 吴彤
导　师: 田辉；王莹
学　校: 北京邮电大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 协作中继 OFDM中继 MIMO中继 多维联合优化 两跳均衡 资源部分复用 集中式调度 半分布式调度 分布式调度 用户分组策略
分类号: TN925
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
下　载: 275次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


未来无线通信系统需要支持更高速率,更大容量,以及更广覆盖。协作中继技术能有效抵抗无线信道衰落,提高系统容量,扩大系统覆盖,已成为长期演进增强系统(LTE-A)中的重要候选技术。但由于中继节点的引入,网络拓扑更为复杂多样,无线链路大量增加,无线空间中可分配的资源呈现出多维的态势,无线资源的多维性已经超越了时间、频率、码字、功率的概念,并更多的涉及到了空间特性以及特定技术下的特定优化机制。因此,如何设计具有较低复杂度的多维资源联合优化策略将是学术界和标准化进程面临的重要挑战,同时对于验证中继系统的有效性,可靠性和鲁棒性具有重要意义。基于最大化系统容量的优化目标,本论文从链路级和系统级的角度对两跳中继系统的多维资源分配算法进行了讨论,重点研究了正交频分复用(OFDM)中继系统的两跳均衡策略,资源复用策略和资源调度策略。特别的,针对多入多出(MIMO)中继系统,研究了基于空间特性和调度优先级的多用户分组策略。通过建模和仿真,验证了理论分析的正确性和提出方案的有效性和可行性。首先,针对协作式“三点模型”的中继系统,推导了在放大转发(AF)模式和解码转发(DF)模式下的最优功率分配和最优带宽分配的闭式解,提出了功率／带宽联合优化策略。其次,分析了协作式中继系统在DF和压缩转发(CF)模式下的系统容量表达式,提出了功率／时隙联合优化的算法,比较了时隙、带宽、功率这三者资源优化的性能差别,并验证了多维资源优化方案的优越性。第二,针对OFDM中继系统,首先从链路级的角度提出了空域功率优化,频域功率优化,以及空频二维联合优化三种策略,分别推导了三种算法在AF,DF模式以及非分集和分集情况下的最优闭式解。其次,提出了一种基于速率均衡的两跳载波配对策略,该策略能广泛地适用于各类中继系统,其目的在于以实现多维资源联合优化。仿真表明多维资源联合优化能显著提高系统容量,且两跳载波配对策略能进一步提升系统性能。第三,为提高系统资源利用率以满足未来LTE-A系统的速率需求,从系统级的角度研究了适用于OFDM中继网络的小区内资源复用策略。首先,研究了在无复用和全复用时中继OFDM系统中的干扰分布,并分析了造成低SINR的原因。其次,基于部分复用与两跳均衡思想,提出了一种基于资源重配的部分复用方案(PSR),并研究了其在每小区多中继下的扩展方案。研究表明PSR策略不仅能显著地提升第二时隙直传用户的容量,还能提升后5%用户的SINR,从而达到最大限度提升系统总容量的目的。第四,针对多小区OFDM中继网络,研究了集中式,半分布式,分布式三种调度机制。首先,为提高网络中“饥饿”用户的SINR性能,提出了基于饥饿抑制的贪婪轮询,改进型比例公平,和基于载波配对的两跳均衡调度三种面向公平性的集中式方案。其次,基于减少中继链路反馈量与两跳均衡思想,提出了一种半分布式资源调度策略,该算法的性能优势体现在系统吞吐量和用户满意度上。第三,基于非合作博弈理论,提出了一种分布式的功率分配策略,证明了分布式算法存在并收敛于唯一的纳什均衡点。仿真验证了所提方案的优越性,并比较了集中式,半分布式,分布式三类调度机制的优劣。第五,结合空时码技术(STBC),从链路级的角度讨论了在单中继和多中继情况下的STBC-OFDM中继系统的空域优化,频域优化,以及空频二维联合优化,并再次验证了融合两跳载波配对的多维资源联合优化的优越性。其次,基于多用户MIMO-OFDM中继网络,从系统级的角度提出了一种结合用户空间特性和调度优先级的用户分组策略,该策略不仅复杂度小于传统MIMO系统中的同类方案,并且能在系统容量和用户公平性方面获得较好性能。论文最后对全文进行了总结,并指出了今后的研究方向。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-9
目录  9-12
第一章 绪论  12-27
  1.1 下一代无线中继网络  12-14
  1.2 协作式中继网络架构及应用场景  14-17
    1.2.1 中继传输模式及网络架构  14-16
    1.2.2 中继系统应用场景  16-17
  1.3 融合4G关键技术的中继多维资源联合优化  17-20
    1.3.1 OFDM/MIMO中继系统  17-19
    1.3.2 多维资源联合优化的重要性和可行性  19-20
  1.4 本文所作的主要工作及创新点  20-22
  参考文献  22-27
第二章 协作式中继系统的二维资源优化  27-48
  2.1 研究背景  27-28
  2.2 中继系统功率/带宽二维资源优化  28-35
    2.2.1 系统模型  28-29
    2.2.2 功率优化  29-31
    2.2.3 带宽优化  31
    2.2.4 功率/带宽二维联合优化  31-35
  2.3 协作式中继功率/时隙二维资源优化  35-41
    2.3.1 系统模型  35-36
    2.3.2 协作式DF中继的联合优化  36-38
    2.3.3 协作式CF中继的联合优化  38-41
  2.4 仿真分析  41-45
    2.4.1 功率/带宽二维优化  42-43
    2.4.2 功率/时隙二维优化  43-45
  2.5 本章小结  45
  参考文献  45-48
第三章 OFDM中继系统的多维资源联合优化  48-65
  3.1 研究背景  48-49
  3.2 OFDM中继系统二维资源联合优化  49-56
    3.2.1 系统模型  49-50
    3.2.2 空域功率优化  50-52
    3.2.3 频域功率优化  52-54
    3.2.4 空频二维联合优化  54-56
  3.3 OFDM中继系统两跳载波配对策略  56-58
  3.4 仿真分析  58-62
  3.5 本章小结  62-63
  参考文献  63-65
第四章 OFDM中继网络的资源部分复用方案  65-87
  4.1 研究背景  65-67
  4.2 OFDM中继网络的干扰分析  67-74
    4.2.1 系统模型与评估策略  67-69
    4.2.2 用户SINR与吞吐量分析  69-74
  4.3 OFDM中继网络的资源复用方案  74-80
    4.3.1 基于资源重配的部分复用(PSR)方案  74-78
    4.3.2 PSR策略的扩展方案  78-80
  4.4 仿真分析  80-83
    4.4.1 WINNER场景下的PSR策略性能  81-82
    4.4.2 LTE-A系统下的PSR策略性能  82-83
  4.5 本章小结  83-84
  参考文献  84-87
第五章 OFDM蜂窝中继网络的调度机制  87-117
  5.1 研究背景  87-89
  5.2 OFDM中继网络模型  89-93
    5.2.1 路由选择机制  91
    5.2.2 资源分配模型与优化目标建模  91-93
  5.3 集中式(Centralized)资源调度机制  93-95
    5.3.1 基于饥饿抑制的贪婪轮询(SR-GP)  93-94
    5.3.2 改进型比例公平算法(SR-EPF)  94-95
    5.3.3 基于载波配对的两跳均衡调度(HB-SP)  95
  5.4 非集中式(Decentrliazed)调度机制  95-106
    5.4.1 半分布式资源联合分配策略  96-100
    5.4.2 分布式资源联合分配策略  100-101
    5.4.3 基于非合作博弈的分布式功率分配  101-106
  5.5 仿真分析  106-113
    5.5.1 集中式策略性能分析  106-108
    5.5.2 基于NCG的分布式功率分配  108-110
    5.5.3 集中式/半分布式/分布式策略比较  110-113
  5.6 本章小节  113-114
  参考文献  114-117
第六章 MIMO-OFDM中继网络的用户分组策略  117-139
  6.1 研究背景  117-119
  6.2 基于STBC的OFDM中继系统资源优化  119-124
    6.2.1 系统模型  119-121
    6.2.2 单中继STBC资源联合优化  121-123
    6.2.3 多中继STBC资源联合优化  123-124
  6.3 MIMO-OFDM中继网络中的用户分组策略  124-130
    6.3.1 基于空间和传输特性的用户分组函数设计  124-126
    6.3.2 用户分组算法流程  126-128
    6.3.3 集中式用户分组策略  128-129
    6.3.4 分布式用户分组策略  129-130
  6.4 仿真分析  130-135
    6.4.1 STBC-OFDM中继系统性能评估  130-132
    6.4.2 用户分组策略性能分析  132-135
  6.5 本章小结  135-136
  参考文献  136-139
第七章 总结与展望  139-142
致谢  142-144
博士期间论文发表和申请专利情况  144-147

相似论文

  1. 无线协作中继位置的优化研究,TN925
  2. MESH网络协作节点选择机制研究,TN929.5
  3. MIMO中继关键技术研究,TN919.3
  4. 认知无线电网络中基于协作中继的资源分配研究,TN925
  5. 喷泉码在无线协作传输中的应用,TN92
  6. 基于网络编码的协作中继技术研究,TN919.3
  7. 协作通信中的中继技术研究,TN929.5
  8. 基于OFDM技术中继系统中的信道估计算法研究,TN925
  9. 分布式多天线协同通信中分集和复用技术的研究,TN820
  10. 协作中继OFDMA蜂窝小区资源分配研究,TN929.531
  11. 协作中继网络的路径选择算法研究和网络性能分析,TN925
  12. MIMO中继系统关键技术研究,TN919.3
  13. WiMAX Mesh网络下的调度机制研究,TN929.5
  14. 多用户MIMO中继系统中的线性滤波器设计,TN713
  15. 协同通信系统无线资源分配研究,TN929.5
  16. 基于分布式无线通信协议的计算机辅助调度系统,TP273.5
  17. 分布式车间调度方法研究,F273
  18. 无线蜂窝通信中的中继协作机制研究,TN929.5
  19. B3G节点协作通信无线资源管理策略研究,TN929.5
  20. 分布式调度算法在车间调度问题中的应用研究,F224
  21. 宁夏电网分布式调度员培训模拟系统的研究与应用,TM743

中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 无线电中继通信、微波通信
© 2012 www.xueweilunwen.com