未来无线通信系统中的无线资源分配

论文摘要

随着Internet的广泛普及和移动通信技术的高速发展,以多媒体业务为代表的各种高速数据业务不断增长,并逐渐成为未来通信系统的核心业务。未来无线通信系统面临的最大挑战是为用户提供服务质量（QoS）保障和高效的频谱资源利用率。灵活有效的无线资源管理和调度对于无线网络的设计有着举足轻重的作用。本论文针对未来无线通信系统中的资源调度和分配问题展开了深入的研究,重点对OFDMA系统,MIMO系统,MIMO/OFDM系统,以及OFDMA/DWCS系统的无线资源分配问题进行了积极探索。论文首先简要回顾了移动通信系统的发展历程,并列举了无线资源分配中所面临的机遇和挑战,最后给出了当前研究的热点一跨层设计。第二章总结了OFDMA系统资源分配的研究现状,首先对单用户OFDM系统和多用户OFDMA系统不同准则下的子载波和功率分配进行简单回顾,然后给出了基于速率效用函数和时延效用函数的OFDMA系统资源分配算法,最后阐述了多小区OFDMA系统面临的主要问题,以及现有的无线资源分配策略。第三章研究了多用户MIMO系统的资源调度,我们针对多用户MIMO系统的下行链路,建立了一个通用的跨层资源调度优化模型,引入效用函数的概念,把复杂的约束优化问题转化为系统的效用函数最大化问题,然后在这个模型基础上,提出了一种用户分组方法和一种基于用户分组的机会公平调度算法。第四章研究了OFDMA/SDMA系统的资源分配,提出了一种跨层无线资源分配策略,我们综合考虑了物理层的约束条件（用户的BER性能,信道的空间正交性）和MAC层的约束条件（用户服务质量的需求和公平性）,将复杂的涉及子载波分配、比特分配和功率分配的联合优化问题分解为两个步骤:用户选择过程,比特和功率分配过程。这种“两步走”的策略大大降低了资源分配的复杂度,而且在保障用户服务质量和一定公平性的前提下,有效提高了系统的频谱效率。第五章研究了正交频分多址分布式无线通信系统（OFDMA-DWCS）的资源分配。针对DWCS系统本身的特点,我们提出了一种分层的无线资源分配策略:接入点级资源分配和用户级资源分配,接入点级资源分配负责资源的初步分配,中心处理根据接入点的资源请求,依照一定的公平性准则,为其分配一定数量的子载波。用户级资源分配是子载波和功率资源的进一步分配,每个接入点根据其下属用户在子载波上的信道增益和速率需求,为每个用户分配子载波和功率。我们借鉴合作博弈论中“纳什议价解”公平性准则,保证了接入点和用户两个级别上的公平性。与传统的集中式资源分配相比,这种分层式资源分配是一种次优算法,以牺牲一小部分系统性能为代价,降低了资源分配的复杂度;此外,分层的处理方式也减小了接入节点与中心处理节点之间的信令开销。第六章对全文进行了总结,并对未来无线通信系统资源分配的进一步研究给出了几点建议。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 移动通信发展历程和现状
• 1.2 无线资源分配
• 1.2.1 无线信道
• 1.2.2 多用户分集
• 1.2.3 服务质量
• 1.2.4 公平性
• 1.3 跨层设计
• 1.4 论文的主要内容和组织结构
• 1.5 本章参考文献
• 第二章 OFDMA系统无线资源分配
• 2.1 引言
• 2.2 OFDM基本原理
• 2.3 OFDMA系统模型
• 2.4 单用户OFDM系统功率分配
• 2.5 多用户OFDMA系统子载波和功率分配
• 2.6 基于效用函数的OFDMA系统资源分配
• 2.6.1 基于速率效用函数的资源分配
• 2.6.2 基于时延效用函数的资源分配
• 2.7 多小区OFDMA系统资源分配
• 2.8 本章小结
• 2.9 本章参考文献
• 第三章 多用户MIMO系统资源调度
• 3.1 引言
• 3.2 多用户MIMO系统容量
• 3.3 多用户MIMO传输策略
• 3.3.1 发端预编码
• 3.3.2 收端处理
• 3.3.3 收发联合处理
• 3.4 多用户MIMO系统资源调度算法
• 3.4.1 天线选择
• 3.4.2 多用户分集
• 3.4.3 波束赋型与功率分配
• 3.5 跨层资源调度
• 3.5.1 通用跨层资源调度
• 3.5.2 用户分组算法
• 3.5.3 基于用户分组的机会公平调度
• 3.6 仿真与讨论
• 3.6.1 用户分组有效性
• 3.6.2 小区平均吞吐量
• 3.6.3 用户的公平性
• 3.6.4 用户分组门限的影响
• 3.7 本章小结
• 3.8 本章参考文献
• 第四章 MIMO/OFDM系统资源分配
• 4.1 引言
• 4.2 MIMO/OFDM系统关键技术
• 4.3 OFDMA/SDMA系统资源分配
• 4.3.1 用户选择
• 4.3.2 比特和功率分配
• 4.3.3 算法复杂度分析
• 4.4 仿真与讨论
• 4.5 本章小结
• 4.6 本章参考文献
• 第五章 OFDMA分布式无线通信系统资源分配
• 5.1 引言
• 5.2 分布式无线通信系统
• 5.3 OFDMA-DWCS系统模型
• 5.4 分层资源分配算法
• 5.4.1 接入点级资源分配
• 5.4.2 用户级资源分配
• 5.5 仿真与讨论
• 5.6 本章小结
• 5.7 本章参考文献
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 不足与展望
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表的学术论文