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宽带无线接入网络的无线资源调度研究

作　者: 汪巍崴
导　师: 陈常嘉
学　校: 北京交通大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 无线资源调度频率复用软频率复用分布式天线系统中继网络跨层设计 ARQ
分类号: TN915.6
类　型: 博士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

多样的无线应用改变了人类的生活方式,带来了业务需求的激增,使实现宽带化成为无线接入网络的发展目标。但是,稀缺的频谱资源和无线信道的时变性始终是这条道路上的瓶颈。因此,作为提高频谱效率的有效手段,无线资源调度一直是宽带无线接入网络中的热门研究课题。本文以基于OFDM技术的无线接入网络为考察对象,针对不同的网络结构,对无线资源调度中的部分问题进行了深入的研究:传统网络结构,即单天线单基站●深入分析了IEEE802.16中带选择ACK消息的ARQ机制下服务数据单元(SDU)在多用户场景和静态信道模型下的传输时延,表明SDU的传输时延主要由组成它的所有协议数据单元(PDU)的第一次传输决定。然后基于该结论提出一种带两级优先级的下行链路调度算法,进而减少SDU的传输时延且保证用户间的公平性。●考虑基于OFDM技术的宽带无线接入网络中业务在小区/扇区中分布不均匀的情况,针对传统的扇区结构(菱形扇区和五边形扇区),提出了一种分布式带宽借复用机制:过载扇区除了可以借用相邻小区的相邻扇区的空闲资源外,还能复用这些扇区中离基站较近用户所使用的资源。算法的理论分析和仿真结果表明,与传统无借复用机制相比,新机制使扇区吞吐量有20%以上的提升,且带来的开销不大。●针对软频率复用机制,用一种以圆环表示小区中有相同调制编码方式的区域的理论模型对其进行了分析,表明其定义的中心区域和边缘区域的分界线抑制了系统吞吐量的提升,进而提出了一种新的频谱功率分割机制(FPP)以改进软频率复用机制,并在此基础上提出了基于影响度的频谱分配算法(IFA)和基于信道分享率和影响度的频谱分配算法(CSRIFA),前者使系统吞吐量提升15%,后者则改善了系统的公平性。最后考虑到业务分布的不均匀性,提出了一种功率控制的机制以进一步提高系统吞吐量。新型网络结构●利用分布式天线技术,在传统网络的基础上,提出了一种四天线的网络结构:小区边缘放置三根120度的定向天线,小区中心放置一根全向天线。然后基于该结构提出了一种上下行链路的资源分配算法。理论分析和仿真结果表明新结构改善了系统信干噪比,使上下行链路的吞吐量分别提升了30%和40%以上,而小区边缘的吞吐量提升更是达到100%以上。●理论分析了中继站非规则放置的两跳中继网络的系统容量,论证了提高接入链路(基站和用户或中继站和用户之间的链路)的吞吐量对于系统容量的重要性。然后提出两个算法改善接入链路的性能:1)一种基站和中继站间的基于隔离带的频率复用机制,并给出了确定隔离带的理论方法;2)中继站间的动态频谱功率分割机制,并给出了将复用资源分配给各中继站的方法。最后基于IEEE802.16j的帧结构提出了实现算法的执行流程。系统仿真表明新机制使接入链路的吞吐量有极大的提升,且对基站服务的用户的影响很小。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-8
ABSTRACT  8-13
1 绪论  13-20
  1.1 引言  13-15
  1.2 本文的主要贡献及结构安排  15-17
  1.3 预备知识  17-20
    1.3.1 无线信号计算  17-18
    1.3.2 本文理论分析和仿真中用到的主要参数  18-20
2 宽带无线接入网络的无线资源调度研究背景  20-39
  2.1 引言  20
  2.2 传统宽带无线接入网络结构  20-32
    2.2.1 单小区  21-26
    2.2.2 多小区  26-32
  2.3 新型宽带无线接入网络结构  32-38
    2.3.1 分布式天线系统  32-35
    2.3.2 中继网络  35-38
  2.4 本章小结  38-39
3 WiMAX中ARQ机制的研究及相关调度算法设计  39-59
  3.1 引言  39-41
  3.2 ARQ-SA机制的理论分析  41-50
    3.2.1 系统模型  41-42
    3.2.2 传输时延性能分析  42-48
    3.2.3 仿真及数值计算  48-50
  3.3 结合ARQ-SA机制的动态带宽分配算法的设计  50-57
    3.3.1 算法描述  50-53
    3.3.2 算法性能分析  53-55
    3.3.3 仿真及数值计算  55-57
  3.4 本章小结  57
  附录 Ω的求法  57-59
4 传统无线网络架构下无线资源调度算法的研究  59-72
  4.1 引言  59-60
  4.2 传统三扇区蜂窝网络中分布式带宽借复用算法  60-70
    4.2.1 算法描述  60-63
    4.2.2 算法性能分析及验证  63-69
    4.2.3 算法扩展  69-70
  4.3 仿真及分析  70-71
  4.4 本章小结  71-72
5 软频率复用机制的改进及调度算法研究  72-88
  5.1 引言  72-74
  5.2 软频率复用机制的理论分析  74-78
    5.2.1 系统模型  74
    5.2.2 理论分析  74-76
    5.2.3 数值及仿真结果  76-78
    5.2.4 软频率复用机制所存在的问题  78
  5.3 频谱功率分割机制及相关调度算法  78-87
    5.3.1 频谱功率分割机制描述  78-79
    5.3.2 频谱功率分割机制性能分析  79-80
    5.3.3 频谱功率分割机制与软频率复用机制的比较  80-81
    5.3.4 频谱功率分割机制下的资源调度算法  81-85
    5.3.5 仿真及分析  85-87
  5.4 本章小结  87-88
6 基于分布式天线技术的蜂窝网络结构设计及调度算法研究  88-98
  6.1 引言  88-89
  6.2 四天线蜂窝网络结构  89-95
    6.2.1 网络结构描述  89-90
    6.2.2 带宽分配机制  90-92
    6.2.3 性能分析  92-95
  6.3 数值计算及仿真  95-97
  6.4 本章小结  97-98
7 无线两跳中继网络中资源调度算法的研究  98-117
  7.1 引言  98-100
  7.2 无线两跳中继网络的性能分析  100-101
  7.3 无线两跳中继网络的资源调度  101-109
    7.3.1 BS间的频谱分配  101
    7.3.2 BS与RS间的基于隔离带的频谱复用机制  101-106
    7.3.3 RS簇间的频谱分配  106
    7.3.4 RS簇内各RS间的频谱分配  106-109
  7.4 调度算法在IEEE802.16j中的应用  109-111
    7.4.1 IEEE802.16j简介  109-111
    7.4.2 算法的应用  111
  7.5 系统数值计算及仿真  111-116
  7.6 本章小结  116-117
8 结论  117-120
参考文献  120-127
作者简历  127-129
学位论文数据集  129

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