OFDM系统中自适应资源分配算法研究

论文摘要

随着人们对无线通信的渴望和追求逐渐增强,有限的无线资源与多媒体业务不断提高的服务质量要求之间的矛盾日益尖锐。为了解决这个矛盾,必须从无线系统的各个层面入手。在物理层,正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术是一种非常适用于宽带无线系统的容量迫近技术。在链路层,无线资源优化分配是解决这一矛盾的重要手段,它在多媒体业务与无线资源之间建立了一个稳固的桥梁,使得在时变的无线衰落信道中保证多媒体业务的服务质量变得切实可行。本文以基于OFDM技术的第四代移动通信系统为背景,在多用户信息论的指导下,研究这些系统中的资源优化分配问题。OFDM技术将无线信道划分为若干个相互正交的子信道,把高速的数据流通过串并转换,分配到这些传输速率相对较低的子信道中传输。它具有支持高速数据传输、抗多径干扰以及频谱效率高等优点,可以大幅提高频谱利用率。同时,OFDM系统能够根据各个子信道的衰落和多径时延特性,对系统资源(比特与功率等)进行动态分配,并且各个子载波可以进行自适应调制,具有很强的灵活性,既能进一步提高系统资源的利用效率,又可满足用户不同的容量需求。OFDM系统的动态资源分配主要根据实时的信道状态信息,对发送功率、子载波和比特数进行自适应调配。本文首先介绍了OFDM的发展及其基本原理;紧接着介绍了动态资源分配的思想,研究了单用户OFDM系统几种功率比特分配算法,并设计了一种简化的功率比特分配算法;然后,对多用户系统的资源分配算法进行了深入的研究,主要分析和研究了几种次优算法,提出了具有比例公平的分配算法。本文的主要成果有:①针对现有算法复杂度高的缺点,设计了一种简化的单用户功率比特分配算法,对其用Matlab进行了仿真,作了性能分析。②针对现有的多用户分配算法在分配子载波时没有同时考虑用户信道条件和比特要求的问题,提出了具有比例公平的分配算法,仿真分析结果表明,算法在性能上接近于联合的多用户注水分配算法,而同时复杂度却降低了,可以在实际系统中得到运用。③本文还提出了一种新的子载波分配方法,仿真结果表明,该算法也具有很好的性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 发展中的移动通信技术
• 1.2 自适应资源分配以及发展现状
• 1.3 课题研究的意义
• 1.4 本文所做的工作
• 2 OFDM 技术简介
• 2.1 无线信道的特征
• 2.2 OFDM 的原理
• 2.3 OFDM 的FFT 实现
• 2.4 OFDM 的保护间隔和循环前缀
• 2.5 OFDM 系统的优缺点
• 3 OFDM 系统中的资源分配方案
• 3.1 OFDM 系统中的静态分配
• 3.1.1 TDMA 方式
• 3.1.2 FDMA 方式
• 3.2 OFDM 系统资源的动态分配
• 3.2.1 动态资源分配的根据
• 3.2.2 动态资源分配的理论基础：注水原理
• 3.3 动态资源分配的多用户系统
• 3.4 动态资源分配算法的优化准则
• 3.5 调制方案对动态算法的影响
• 3.5.1 矩形MQAM 调制方案
• 3.5.2 MPSK 调制方案
• 4 单用户OFDM 系统比特和功率加载算法
• 4.1 贪婪算法
• 4.2 一种改进的贪婪算法
• 4.3 Chow 算法
• 4.4 Fischer 算法
• 4.5 Keller Sub-band 算法
• 4.6 本章小结
• 5 多用户OFDM 系统子载波、比特和功率分配算法
• 5.1 基于相对利用度和相对比特数的子载波分配算法
• 5.2 基于用户信道响应质量的子载波分配算法
• 5.3 一种改进的多用户OFDM 系统子载波、比特和功率分配算法
• 5.3.1 一种改进的子载波分配算法
• 5.3.2 基于MA 准则的多用户OFDM 系统自适应分配
• 5.3.3 仿真结果与性能分析
• 5.4 一种新的多用户OFDM 系统子载波、比特和功率分配算法
• 5.4.1 子载波分配算法
• 5.4.2 仿真结果与性能分析
• 5.5 本章小结
• 6 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录