多用户OFDM和MIMO-OFDM系统的资源分配技术研究

论文摘要

多用户正交频分复用（OFDM）系统和多用户多输入多输出（MIMO）-OFDM系统的动态资源分配是下一代移动通信的关键技术,是提高系统容量并满足用户服务质量（QoS）的重要保证。本文针对该课题开展的主要工作如下:首先采用经典的资源分配优化模型,仿真比较了OFDM系统的功率平均分配和注水分配下系统容量性能。由于注水算法在解决该离散问题时会累积量化误差,难以获得最优解,而且在解决多用户无线资源分配的离散化和多维度优化问题时复杂度很高,为更有效地利用无线资源并提高分配精度,在总发射功率有限和满足各用户QoS的限制条件下,将容量性能以接入用户数来体现,把最大化接入用户数作为优化目标。为获得该优化问题的最优解,采用了离散优化方法中的贪婪算法。由于经典贪婪算法没有启发函数的引导,不能确保获得多用户时的最优解,因此把用户优先权作为贪婪算法的启发函数,将该分配问题转化为多个单用户的功率分配,达到降维的目的。仿真结果表明,这种改进贪婪算法与经典算法相比增加了系统接入用户数,在接入用户数相等情况下可减少功率消耗,从而实现系统功率的高效利用。在获得上述结论后,进一步研究了多用户MIMO-OFDM系统的资源分配问题。在系统容量最大化优化模型下,把多用户OFDM系统的贪婪算法和启发函数扩展到多用户MIMO-OFDM系统中,利用用户优先权松弛了用户维约束条件,再利用信道状态信息排序简化了优化过程,降低了优化问题的复杂度,但某些用户数据速率性能较差。为了改进用户数据速率性能,并考虑到用户公平性,采用了功率比例补偿分配。仿真结果表明,该策略可使所有接入用户获得较好的数据速率性能,且当天线和子载波越多时数据速率性能越好。本文的模型、方法和结果可为下一代移动通信的多用户无线资源管理提供借鉴。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 单用户OFDM 系统的无线资源分配
• 1.2.2 多用户OFDM 系统的无线资源分配
• 1.2.3 MIMO-OFDM 系统的子载波、功率和比特分配
• 1.3 本文的研究内容
• 1.4 本文的结构安排
• 第二章 系统结构和优化模型
• 2.1 OFDM 技术
• 2.2 MIMO 技术
• 2.2.1 空间复用技术
• 2.2.2 空间分集技术
• 2.2.3 MIMO-OFDM 系统结构
• 2.3 动态资源分配优化模型
• 2.4 小结
• 第三章 OFDM 系统的功率分配算法
• 3.1 概述
• 3.2 平均分配算法
• 3.3 注水算法
• 3.3.1 迭代注水算法
• 3.3.1.1 迭代注水算法
• 3.3.1.2 改进迭代注水算法
• 3.3.2 线性注水算法
• 3.4 仿真比较与分析
• 3.5 小结
• 第四章 多用户MIMO-OFDM 系统无线资源分配
• 4.1 概述
• 4.2 多用户OFDM 系统无线资源分配
• 4.2.1 系统模型和优化模型
• 4.2.2 动态子载波和比特分配
• 4.2.2.1 贪婪算法
• 4.2.2.2 改进贪婪算法
• 4.2.3 仿真比较与分析
• 4.3 多用户MIMO-OFDM 系统无线资源分配
• 4.3.1 系统模型
• 4.3.2 优化模型
• 4.3.3 动态子载波分配
• 4.3.4 比例补偿功率分配
• 4.3.5 仿真比较与分析
• 4.4 小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 本文主要结论
• 5.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果