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OFDM-UWB系统自适应动态资源分配算法研究

作　者: 李春兰
导　师: 钱志鸿
学　校: 吉林大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 子载波分配比特分配自适应技术 OFDM-UWB
分类号: TN925
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着通信技术的发展,各种移动业务和便携式通信设备不断涌现,所传输的信息已经从简单的文本和语音发展到图像和视频等多种形式,多媒体技术的高速率高带宽要求更是给现代无线通信技术带来了更大挑战。超宽带作为一种新型的短距离无线通信技术,以其低成本,高数据传输速率和良好的多径分辨能力等优点受到业界的广泛关注,并将成为未来无线个域网物理层的实现方案。根据FCC对超宽带的定义,将带宽大于500MHz的信号都定义为超宽带信号。由于该定义并没有对信号的调制方式进行限制,因此出现了多种超宽带实现方案。由WiMedia联盟提出的OFDM-UWB方案以其灵活的频谱配置受到了众多厂商的支持,并推出了ECMA-368/369标准。目前ECMA-369标准已被规定为高速UWB系统的物理层及介质访问子层(MAC)的规范。OFDM-UWB技术也将成为无线USB和下一代蓝牙标准的物理层解决方案。在对超宽带进行定义的同时,FCC对超宽带的功率谱密度还进行了严格的限制,因此如何在数据传输时降低系统的功率谱密度成为超宽带发展的一个瓶颈。OFDM-UWB系统在传输数据时通过串并变换,将高速的串行数据流变换为低速的并行数据,分配到若干个子信道中进行传输。每个OFDM符号由若干相互正交的子载波组成。因此如何有效的对各用户子载波,比特和功率等资源进行分配的研究具有极其重要的意义。本文的研究对像主要是在多用户环境下的OFDM-UWB系统动态资源分配技术。由于不同用户在各子载波上呈现不同程度的衰落,因此在资源分配过程中,本文结合了自适应技术,根据各用户在不同子载波上的信道状态信息,对子载波,比特进行合理的分配,从而降低系统的发射功率。本文的研究工作主要包括以下几个方面的内容:首先对OFDM-UWB无线通信系统和几种典型的超宽带无线信道模型进行了分析和仿真。在子载波比特分配过程中,本文采用IEEE802.15.3a所推荐的CM1信道进行分析。考虑到FCC对超宽带辐射功率的限制和不同用户在不同子载波上的信道衰减的差异,通过分析经典的动态资源分配算法,本文提出了以最小化发射功率为优化目的的子载波比特分配方案。在子载波分配过程中,首先根据BABS算法得到每个用户为满足其速率要求所需要的子载波数目,然后以用户公平性为原则,考虑到不同子载波对用户速率贡献的大小,以使用户速率得到最大增量为目的,根据速率影响因子对子载波进行分配。该方案相比于经典的ACG算法,避免了信道条件较差的用户只能分配较差子载波的缺点,能在最大满足用户的速率要求的情况下提高系统性能。在比特分配过程中,根据各个用户的速率要求,本文提出了一种快速的比特分配算法。该算法是根据用户速率要求以及所分配的子载波数目,以最小化发射功率为目的按比例进行比特分配,从而大大降低了系统运算的复杂度。为了进一步降低系统复杂度,本文还运用了分簇的思想,将子载波以簇为单位进行子载波比特分配。分簇虽然使系统产生了一定的性能损失,但可以使系统的复杂度进一步降低。通过仿真实验得到,当每一簇的子载波数目不是很大时,子载波分簇对系统性能只有较小的影响。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-17
  1.1 论文研究背景  10-12
  1.2 课题研究意义  12-13
  1.3 国内外研究现状  13-15
  1.4 本文研究的主要内容和章节安排  15-17
第2章 OFDM-UWB 系统基本原理  17-30
  2.1 OFDM 系统基本原理  17-20
    2.1.1 OFDM 基本模型  17-18
    2.1.2 OFDM 调制解调原理  18-20
  2.2 MB-OFDM-UWB 系统结构  20-25
    2.2.1 多频带划分  20-21
    2.2.2 时频码，循环前缀及保护间隔  21-23
    2.2.3 MB-OFDM 超宽带系统模型  23-25
  2.3 超宽带信道特性  25-29
  2.4 本章总结  29-30
第3章 OFDM-UWB 资源分配技术  30-40
  3.1 自适应技术  30
  3.2 OFDM 资源分配概述  30-31
  3.3 动态资源分配算法分析  31-36
    3.3.1 注水功率算法  32-33
    3.3.2 贪婪算法  33-34
    3.3.3 联合子载波比特分配  34-36
  3.4 次优子载波分配算法  36-39
    3.4.1 两步法  36-38
    3.4.2 基于比例因子的 RBS 算法  38-39
  3.5 本章小结  39-40
第4章 OFDM-UWB 资源分配优化算法  40-55
  4.1 OFDM-UWB 动态资源分配系统框图  40-41
  4.2 基于用户速率需求的动态资源分配算法  41-49
    4.2.1 子载波分配优化算法  42-45
    4.2.2 比特分配优化算法  45-46
    4.2.3 仿真结果分析  46-49
  4.3 基于分簇的子载波比特分配算法  49-54
    4.3.1 载波组分配  50-51
    4.3.2 载波组比特调整  51-52
    4.3.3 仿真结果分析  52-54
  4.4 本章小结  54-55
第5章全文总结和展望  55-57
  5.1 总结  55-56
  5.2 展望  56-57
参考文献  57-61
导师及作者简介  61-62
致谢  62

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