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B3G移动通信系统中资源分配技术研究

孙治水  
【摘要】: 下一代移动通信系统作为对目前第二代(2G)移动通信系统和第三代(3G)移动通信系统的升级,能够提供更高的数据速率,支持更多的用户并且满足多种业务的不同服务质量(QoS)要求。多输入多输出(MIMO)和正交频分复用(OFDM)技术能够更充分地利用有限的频谱资源提供可靠的宽带数据业务,成为当前的研究热点,被认为是B3G/4G以及未来宽带无线移动通信系统最有希望的物理层技术。本论文将研究以正交频分多址接入(OFDMA)和空分多址(SDMA)技术为基础的B3G移动通信系统中的资源分配技术,包括多业务多用户资源分配算法、多载波系统的公平调度算法、蜂窝小区及结合SDMA技术的资源复用算法的研究。 理解无线信道特点及其衰落特性是研究资源分配技术的基础。论文首先概括地分析了OFDM/MIMO信道的传播特征,介绍了OFDM/MIMO信道模型,分类讨论了以OFDM技术为基础构成的各种多址方式及其优缺点。然后建立OFDMA系统的无线资源管理模型并进一步的将多用户OFDM系统资源分配技术的研究方法作了归纳总结,纳入最优化理论的范畴,并根据代价函数的不同对资源分配的研究策略分类讨论。也指出了如何通过放松约束条件来降低算法复杂度以求解分配问题。 比例公平算法是无线系统中适应信道变化提高吞吐量并维持用户公平的常用算法之一,既充分利用了频率选择性衰落环境中的多用户分集效应,提高了系统的吞吐量,又可避免恶劣环境的用户处于饥饿状态。本文对已有的OFDMA系统的比例公平算法(MPF)进行了深入的分析,在此基础上提出了一种等功率分配条件下多载波比例公平算法的次优解调度算法,与文献中常用的多载波比例公平算法相比,该算法获得的系统吞吐量有明显的提高,公平性曲线更加符合3GPP公平性准则曲线。 为保证系统中多用户多业务的要求,需要有效的算法来保证各种业务的优先级和用户QoS,本文在现有文献研究成果的基础上,给出了一种基于多级分组的OFDMA系统的资源分配算法,比传统的子载波交换算法具有更低的复杂度且能更好地满足多业务用户的不同QoS需求。 同频干扰是OFDMA蜂窝系统中频率规划的主要障碍。为充分地复用频谱及有效地降低同频干扰,无线网络控制器(RNC)通常要收集各个小区的子载波使用情况及功率分配情况,然后统一地为各个小区分配资源,这势必需要传输大量的信令及复杂的数据处理。本文探讨了基于基站的分布式信道分配方案,提出了一种修正信道增益和功率注水相结合的算法,可以较少的信令负荷达到降低同频干扰,提高系统的频谱利用率。 探讨OFDMA和SDMA相结合的OFDM-SDMA系统具有很强的实用性,基于空间分集技术中固有的不同用户间的空间相关性,可以同时使用子载波与空间特性区分用户。本文的最后一部分分析了MIMO-OFDM系统中常用的资源分配准则,然后通过分析多天线技术为用户带来的空间相关性,使用Gram-Schmidt正交化方法,提出了一种多个用户共享同一子载波的用户调度方案,仿真结果表明,该算法可以明显地提高系统的接纳能力。


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