多载波DS-CDMA系统中多用户资源管理算法研究

论文摘要

无线通信发展的过去几年中,研究人员致力于解决通信网络中的系统资源优化管理问题,以往研究通常把系统性能抽象为一个效用函数。效用函数可以被分为两类：凹效用函数和非凹效用函数。凹效用函数优化问题已有了较为深入广泛的研究。然而在无线通信网中,几乎所有类型通信业务的效用函数都具有非凹特性,导致以前基于凹效用函数的系统资源优化算法不再可行。对非凹效用函数的研究中,常用特殊的效用函数来表征系统实际性能,如S形曲线,从而简化系统资源优化算法。但在实际系统中,效用函数的形式更加复杂,甚至是不可微的,致使基于这些近似效用曲线的系统资源优化算法受到一定的限制,同时也给系统资源优化问题带来了新的挑战。文中将表征系统实际性能的系统吞吐量视为效用函数,与以往简单的近似效用函数不同,此函数为不可微的复杂函数。本文对多载波（MC）DS-CDMA无线通信网络中的多用户系统资源优化管理问题做了较为全面的研究,并将军事通信系统的一些特性纳入了研究范围,如人为干扰、非理想信道状态信息（CSI）、自组拓扑结构、频段检测等,使本文研究更具广泛性和实用性。在下行和分布式数据传输模式中,本文分别提出了多用户MC DS-CDMA系统的低复杂度系统资源优化算法。本文最后一章还研究了系统资源优化涉及较少的视频传输领域,提出了分布式视频传输网络的跨层资源优化算法。另外,本文推导了实际系统中非理想CSI下的系统性能表达式,并指出了现有优化算法中的一个误区。在下行数据传输中,本文分别研究了理想和非理想CSI条件下的系统资源优化问题,提出了一种低复杂度的迭代二分优化算法。本文第二章进一步推导了在理想CSI下,所提算法每一步迭代中最优功率、子信道分配和调制方式选择的闭式表达式,并分析了人为干扰对系统资源优化算法的影响。在分布式数据传输中,由于用户之间信息难以共享,用户需要根据自身信息来进行系统资源优化。第三章提出了一种简单的分布式迭代系统资源优化算法,此优化算法不仅能大幅地降低算法复杂度,同时也能提高系统的性能。在第四章中,本文推导了非理想CSI条件下,实际系统吞吐量的数学表达式,分析了其函数特性,并发现了现有优化算法研究中的一个误区：由非理想CSI引入的干扰与发送的有效信号成正比,需要分别求解每个星座点上对应的误码率,不同于现有文献仅把此干扰简单地视为独立的高斯分布。最后,本文把只针对数据传输的系统资源优化问题扩展到了视频传输领域。在分布式网络视频传输系统中,通过对原有系统资源优化问题进行分解和利用注水功率分配算法,提出了一种低复杂度的迭代跨层系统资源优化算法。本文通过对多用户MC DS-CDMA系统中的数据和视频传输资源优化问题的研究,提出了相应的低复杂度优化算法,不仅能用于民用领域,也能在军用领域取得较好的应用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 资源优化管理的基本模型和方法
• 1.2.1 基本模型
• 1.2.2 无线资源管理中主要研究内容
• 1.2.2.1 功率控制
• 1.2.2.2 动态信道分配
• 1.2.2.3 动态复用和分集
• 1.3 发展现状及研究动机
• 1.4 论文安排及主要研究成果
• 第二章 下行MC DS-CDMA系统多用户数据传输资源管理
• 2.1 背景介绍
• 2.2 系统模型和问题描述
• 2.3 迭代二分算法
• 2.3.1 参数μ的更新方法
• k,n（μ）的闭式表达式'>2.3.2 β_k,n（μ）的闭式表达式
• 2.3.3 迭代二分算法
• 2.4 仿真结果
• 2.5 结论
• 第三章 分布式MC DS-CDMA系统多用户数据传输资源管理
• 3.1 背景介绍
• 3.2 系统模型和问题描述
• 3.2.1 空间信道检测
• 3.2.2 系统资源优化模型
• 3.3 系统资源优化算法
• 3.3.1 参数μ的更新方法
• k,n（μ）的闭式表达式'>3.3.2 β_k,n（μ）的闭式表达式
• 3.3.3 分布式通信系统资源优化算法
• 3.4 仿真结果
• 3.5 结论
• 第四章 非理想CSI对MC DS-CDMA系统资源管理的影响
• 4.1 信道估计误差分析
• 4.2 非理想CSI下系统资源优化管理
• 4.3 仿真结果
• 4.4 结论
• 第五章 跨层优化MC DS-CDMA网络中的视频传输
• 5.1 背景介绍
• 5.2 系统模型
• 5.2.1 视频失真分析
• 5.3 视频传输资源优化管理
• 5.3.1 优化问题分析
• 5.3.2 分布式跨层资源优化算法
• 5.3.3 仿真结果
• 5.4 结论
• 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 博士在读期间完成的论文