IEEE 802.11n自适应无线资源分配算法及性能分析

【摘要】： 高速率、高可靠性的数据传输以及端到端的服务质量是下一代移动通信系统的首要目标。向后兼容IEEE802.11a/b/g的IEEE802.11n通过采用多输入多输出(MIMO:Multiple Input Multiple Output)技术、正交频分多址复用(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术和自适应传输等技术,使无线局域网(WLAN :Wireless Local Area Network)的传输速率达到100Mbps以上,甚至最高达到600Mbps,能够满足高质量语音和多媒体业务要求。由于IEEE802.11n抗干扰能力的加强,可以带来更大范围的无线信号覆盖,扩大了用户的移动范围。 无线资源包括基站、信道、发射功率、带宽、码字、频率、时隙和空间角等。无线资源管理是对移动通信系统的空中接口资源的规划和调度,希望在有限的无线资源及保证一定的规划覆盖和服务质量要求的情况下,接入尽可能多的用户。该技术涉及到功率控制、信道分配、接入控制、切换、负载控制以及分组信息的调度等。无线资源管理的目标是在带宽有限的条件下,为网络内无线用户终端提供业务质量保障,其基本出发点是在网络业务量分布不均匀、信道特性因衰弱和干扰而起伏变化等情况下,灵活分配和动态调整无线传输部分和网络的可用资源,最大程度地提高频谱利用率,防止网络拥塞和保持尽可能小的信令负荷。 本文旨在探讨基于IEEE802.11n的自适应比特、功率分配算法,以寻求提高系统容量和降低发射功率的方法。在研究基于IEEE802.11n的多入多出-正交频分复用(MIMO-OFDM)自适应传输系统模型的基础上,分析了注水定理和最大化谐波平均信噪比算法,考察二者应用的局限性,并将两者相结合,提出了一种先注水后最大化谐波平均信噪比的交叉分配算法(FWLH:First Water-filling Last HARM);同时,研究发现Campello算法采用贪婪算法的思想进行比特分配,其比特调整步长是1,导致比特分配速度较慢,计算量较大,基于此提出了自适应变步长的Campello算法,并对最后信道中出现的单个比特进行处理。 通过仿真实验分别对两种改进算法的性能进行了分析,得出了一些有意义的结论:在误码率方面,FWLH算法比注水算法(WF:Water Filling)和HARM算法分别降低了大约100倍和20倍,使用FWLH算法的系统容量优于HARM算法,与使用注水算法的系统容量十分接近。同时,仿真表明,改进的自适应变步长Campello算法可以提高系统比特分配速率,降低系统的计算量,且能保持Campello算法原有的性能。