3GPP LTE中下行OFDMA系统的资源分配研究

论文摘要

随着人们对移动通信的需求逐渐增强,有限的无线资源与各种移动业务不断提高的服务质量要求(Quality of Service,Qos)之间的矛盾日益严重。为了解决这一矛盾,正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)作为一种能够支持高速数据传输、有效对抗多径干扰以及大幅提高频谱利用率的物理层技术,已经成为当前的研究热点。另一方面,3GPP组织为了更好地应对来自Wimax等“其他无线通信标准”的竞争,积极展开了对长期演进(Long Term Evolution,LTE)的研究工作。以正交频分多址(Orthogonal Frequency Division Multiple Access,OFDMA)为核心的LTE项目名为“演进”,实则是一场技术“革命”。本文首先对LTE物理层的关键技术,如上下行多址方案、OFDM技术、帧结构、参数设计、物理层工作过程等进行了概述。OFDM技术将无线信道划分成多个相互正交的子载波,把高速数据流通过串/并转换,分散到速率相对较低的子载波中传输。由于OFDM技术中子载波之间的相对独立性,每一个子载波都可以被指定一种特定的调制方式和发射功率,所以OFDMA作为一种多址接入方案,可以根据信道状况给每个用户自适应地分配系统资源(子载波、比特、功率),利用多用户分集提高系统性能。当前的资源分配算法多以单个子载波作为最小单元进行研究,然而随着用户数目和子载波数目的增加,这种方法存在复杂度较高、反馈信息较多的缺点。为此本文引入了分块OFDMA系统的概念,即将若干相邻子载波组成的资源块(Resource Block,RB)作为资源分配的最小单元。本文重点研究了OFDMA系统的资源分配算法。为达到较好的性能和降低复杂度,算法将资源块作为分配的最小单元,分为资源块分配和功率调整两步进行;提出了基于“功率余量”重新调整每个资源块上实际传输的数据比特数和发射功率,从而充分利用系统功率资源的改进思想。本文第三章根据这一改进思想和现有的资源分配算法,提出了两种基于“功率余量”的改进算法,在满足用户速率和误比特率要求的前提下充分利用了系统功率,在一定程度上提高了系统吞吐量。本文第四章提出了一种适用于LTE下行OFDMA系统的资源分配方案,在用户速率比例约束的条件下研究资源分配优化问题。方案采用每个资源块所能支持的传输比特数作为分配依据,并根据用户“满意度”来调整分配,以确保用户速率大致成比例,方案最后通过对“功率余量”进行再分配来进一步提升系统吞吐量。根据Matlab仿真结果显示,本文提出的改进方案在性能上远优于固定资源分配算法,并且通过对“功率余量”的重新分配,系统吞吐量得到了一定程度的提高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 3GPP LTE 概述
• 1.1.1 LTE 的产生背景
• 1.1.2 LTE 的技术目标
• 1.1.3 LTE 物理层的关键技术
• 1.2 OFDMA 系统概述
• 1.2.1 正交频分多址（OFDMA）
• 1.2.2 OFDMA 系统中的子载波分配算法
• 1.3 本文主要工作和内容安排
• 第二章 LTE 物理层关键技术
• 2.1 上行多址方案
• 2.2 下行多址方案
• 2.2.1 OFDM 的基本构成
• 2.2.2 DFT 在OFDM 中的应用
• 2.2.3 保护间隔和循环前缀
• 2.2.4 OFDM 技术的特点
• 2.3 帧结构和系统参数设置
• 2.4 物理信道及物理层工作过程
• 2.5 小结
• 第三章 分块OFDMA 系统自适应资源分配算法
• 3.1 无线信道的基本特性
• 3.1.1 大尺度衰落
• 3.1.2 小尺度衰落
• 3.2 多址接入方式
• 3.3 改进的基于功率余量的资源分配算法
• 3.3.1 国内外研究现状
• 3.3.2 分块OFDMA 系统模型
• 3.3.3 改进算法1 及仿真
• 3.3.4 改进算法2 及仿真
• 3.4 小结
• 第四章 LTE 下行OFDMA 系统的资源分配方案
• 4.1 LTE 下行OFDMA 系统概述
• 4.2 一种适用于LTE 下行OFDMA 系统的自适应资源分配方案
• 4.2.1 自适应资源分配方案
• 4.2.2 仿真实验及结果分析
• 4.3 小结
• 第五章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历和研究成果