OFDM系统自适应资源分配算法研究

论文摘要

随着无线通信的发展,人们对无线业务的服务质量要求日益提高,这就与目前无线资源的有限性产生了很大的矛盾,而且这样的矛盾日益增加。这一矛盾的解决,在于需要在不同的层面都要寻求方法。在物理层,正交频分复用(OFDM)是一种非常适合于宽带无线系统的技术;在链路层,采用自适应资源分配和调度可以显著改善通信系统的频谱效率和吞吐量。因此,OFDM系统中的自适应资源分配算法在近十年得到了广泛的关注。OFDM技术主要思想是利用了信道划分和数据的串并转换。首先,它将无线信道划分为若干个子信道,而且这些子信道相互正交,然后把数据流进行串并转换处理,分配到这些相互正交的子信道中传输,这些子信道速率一般较低。它在无线数据传输方面优势明显,可以传输高速数据、抗多径干扰性能较好、提高频谱效率和利用率等优点。同时,OFDM系统支持对比特与功率等资源的自适应分配,其分配依据是各个子信道的特性,包括衰落性和多径时延性。本论文首先概要性的介绍了课题研究的相关领域和知识,主要包括:现代通信技术的发展历史、现状和趋势;无线信道传输特征;OFDM技术的基本原理、优缺点、关键技术;自适应技术等,同时对OFDM系统进行了分析和仿真。接着,综合而全面地讨论了OFDM系统中自适应资源分配的两种情况:①在单用户OFDM系统中自适应资源分配中,遵循边缘自适应(MA)资源分配准则,提出了一种基于遗传算法的资源分配算法;②在多用户OFDM系统中自适应资源分配中,遵循速率自适应(RA)资源分配准则,提出了一种基于人工免疫算法的资源分配算法。然后利用Matlab通信仿真软件对算法进行了性能仿真,并对仿真结果作了分析和比较,得出的结论是:在计算复杂度等性能方面,遗传算法和人工免疫算法的性能要优于其它的已有算法。最后,总结了所研究的方法和结论,同时提出了未来多载波系统中需要进一步深入研究以及待解决的问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 课题研究的目的和意义
• 1.3 国内外研究概况
• 1.3.1 无线通信技术发展的历史及现状
• 1.3.2 链路自适应技术的发展及应用
• 1.3.3 OFDM 的发展及国内外研究情况
• 1.4 本论文的主要内容和工作安排
• 第二章 无线信道特性和OFDM基本原理
• 2.1 无线信道特性
• 2.1.1 大尺度衰落
• 2.1.2 小尺度衰落
• 2.2 OFDM 系统的基本原理
• 2.2.1 OFDM 系统原理
• 2.2.2 保护间隔和循环前缀
• 2.2.3 OFDM 系统参数选择
• 2.3 OFDM 技术的优缺点
• 2.3.1 OFDM 技术的优点
• 2.3.2 OFDM 技术的缺点
• 2.4 OFDM 系统的关键技术
• 2.4.1 时频同步
• 2.4.2 峰均功率比
• 2.4.3 信道估计
• 2.4.4 自适应技术
• 2.5 本章小结
• 第三章 自适应技术
• 3.1 自适应技术原理
• 3.2 自适应OFDM 系统
• 3.2.1 系统原理
• 3.2.2 数学模型
• 3.2.3 技术的实现
• 3.3 自适应资源分配优化准则
• 3.3.1 边缘自适应（MA）分配准则
• 3.3.2 速率自适应（RA）分配准则
• 3.2.3 误比特率（BER）最小化准则
• 3.4 本章小结
• 第四章 单用户OFDM系统自适应资源分配算法研究
• 4.1 单用户OFDM 系统自适应资源分配模型
• 4.2 现有算法
• 4.2.1 Hughes-Hartogs 算法
• 4.2.2 P.S.Chow 算法
• 4.2.3 Fischer 算法
• 4.2.4 其它典型算法
• 4.3 基于遗传算法的单用户OFDM 系统自适应资源分配算法
• 4.3.1 数学模型
• 4.3.2 算法步骤及分析
• 4.4 各种分配算法的性能对比
• 4.5 本章小结
• 第五章 多用户OFDM系统自适应资源分配算法研究
• 5.1 多用户OFDM 系统自适应资源分配模型
• 5.2 现有的算法
• 5.2.1 基于遗传算法的自适应资源分配算法
• 5.2.2 基于人工鱼群算法的自适应资源分配算法
• 5.2.3 其它典型算法
• 5.3 基于人工免疫算法的多用户OFDM 系统自适应资源分配算法
• 5.3.1 数学模型
• 5.3.2 算法设计
• 5.4 各种分配算法的性能对比
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文所做工作与总结
• 6.2 下一步研究方向
• 参考文献
• 研究生期间已发表和在投论文
• 致谢