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协作OFDMA系统中无线资源分配技术的研究

作　者: 王怀毅
导　师: 顾学迈
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 正交频分多址协作通信无线资源分配上行链路
分类号: TN929.531
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 9次
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内容摘要

在全球信息化浪潮的历史背景下,无线通信网络所承载的高速多媒体业务和数据业务急剧增长,这一事实要求当前的以及未来的宽带无线接入系统能够为网络中的多个用户提供一个灵活的业务平台以满足不同种类业务的包括误码率、传输带宽、时延以及丢包率等在内的QoS参数要求。正交频分多址技术(OFDMA)充分利用了子载波空间的正交性和多用户分集在实现高频谱利用率的同时能够有效克服无线信道的频率选择性衰落,被认为是下一代宽带无线通信网络的关键物理层接入技术。而协作通信技术在原有系统基础上利用无线信道的广播特性以及用户间的协作分集能够进一步改善系统的通信覆盖范围和频谱利用效率。面对有限的系统资源以及恶劣的信道环境,灵活高效的资源分配算法能够以最小的系统资源为代价在有限带宽内实现高速通信,并为系统内的多种业务提供尽可能最优的QoS保障。本文在给出协作OFDMA系统模型的基础上,详细介绍了系统中与资源分配相关的关键技术,其中包括OFDM宽带信道模型描述、分组调度、用户间协作策略以及蜂窝间干扰消除等。然后在这些合乎实际应用情况的协议框架内,本文首先将系统的无线资源分配问题进行重新推演得到了一个非凸的约束非线性规划问题。相比传统的OFDMA资源分配,由网络中用户节点的身份特殊性和蜂窝间干扰消除技术所引入的约束维度进一步凸显了该优化问题的求解复杂性,使得以往使用的基于严格数学理论的优化方法在求解效率方面无法适应协作OFDMA系统操作的时效性要求。本文由拉格朗日对偶分解理论出发分析该优化问题,用理论分析的结果来指导实际数值算法的设计,通过提取一个基于等功率分配假设的边缘速率约束问题来降低优化问题的约束维度。与其他算法进行仿真结果的对比表明,本文提出的尝试性算法能够以较低的运算复杂度求得该优化问题的近似最优解,这样本文提出的算法在为用户业务提供QoS保障的同时能够在很大程度上提高系统的资源利用率、改善系统性能。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-14
  1.1 课题来源及背景  9-10
  1.2 研究的目的及意义  10-12
  1.3 国内外研究现状及分析  12-13
    1.3.1 OFDMA 系统无线资源分配算法研究现状  12
    1.3.2 协作OFDMA 系统资源分配研究现状  12-13
  1.4 本文的主要研究内容及结构  13-14
第2章协作OFDMA 系统模型  14-26
  2.1 协作OFDMA 系统  14-20
    2.1.1 OFDM 系统  14-15
    2.1.2 协作通信  15-18
    2.1.3 信号以及多用户统计衰落信道模型  18-20
  2.2 协作OFDMA 系统资源分配模型描述  20-22
    2.2.1 核心约束条件——信息传输速率  20-21
    2.2.2 协作OFDMA 资源分配  21-22
  2.3 协作OFDMA 系统资源分配问题的数学模型  22-25
  2.4 本章小结  25-26
第3章协作OFDMA 系统资源分配的算法思想  26-36
  3.1 资源分配算法经典数学模型  26-27
  3.2 常用算法框架及其性能  27-31
    3.2.1 对偶分解理论  27-28
    3.2.2 拍卖算法  28-30
    3.2.3 次优算法的相关结论  30-31
  3.3 从对偶分解理论出发重新审视资源分配问题  31-35
  3.4 本章小结  35-36
第4章协作OFDMA 上行系统资源分配算法  36-49
  4.1 单蜂窝资源分配算法  36-39
  4.2 算法拓展——多蜂窝资源分配  39-42
    4.2.1 多蜂窝资源分配的优化模型  39-41
    4.2.2 多蜂窝资源分配算法  41-42
  4.3 算法的可行性检查与计算复杂度分析  42-43
  4.4 仿真结果与性能分析  43-47
    4.4.1 单蜂窝背景下协作OFDMA 系统资源分配  43-45
    4.4.2 多蜂窝背景下协作OFDMA 系统资源分配  45-47
  4.5 本章小结  47-49
结论  49-50
参考文献  50-55
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  55-57
致谢  57

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