多用戶MIMO-OFDM系統(tǒng)中的資源分配與多小區(qū)協(xié)作研究.pdf

1、多輸入多輸出正交頻分復(fù)用（MIMO-OFDM）技術(shù)不但可以有效地消除多徑衰落的影響，而且可以顯著提升系統(tǒng)的頻譜效率和可靠性，已被認(rèn)定為未來無線通信系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)高速率、高質(zhì)量數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮诵募夹g(shù)。MIMO-OFDM系統(tǒng)的多通道并行傳輸?shù)奶匦允怪舆m合動態(tài)資源分配技術(shù)的應(yīng)用，當(dāng)系統(tǒng)中同時存在多個用戶時，通過合理的用戶調(diào)度和資源分配可以獲得更好的系統(tǒng)性能。由于系統(tǒng)中存在著子載波、時隙、發(fā)射功率、比特速率、空間子信道等多種可用無線資源，從而使得動

2、態(tài)資源分配問題更加靈活，同時也變得更加復(fù)雜。尤其是對于多小區(qū)通信系統(tǒng)，由于小區(qū)與小區(qū)之間同信道干擾的影響，不同小區(qū)在進(jìn)行用戶調(diào)度和資源分配時將會相互影響、相互制約，從而進(jìn)一步增加了問題的復(fù)雜性。因此，研究與設(shè)計(jì)具有更高性能和更低復(fù)雜度的用戶調(diào)度與資源分配算法便成為一項(xiàng)具有重要現(xiàn)實(shí)意義的研究課題。本論文著重對多用戶OFDM系統(tǒng)、多用戶MIMO系統(tǒng)、多用戶MIMO-OFDM系統(tǒng)以及多小區(qū)協(xié)作系統(tǒng)中的動態(tài)資源分配問題進(jìn)行了深入研究，具體的研究

3、內(nèi)容和主要貢獻(xiàn)如下： 1．針對多用戶多業(yè)務(wù)OFDM系統(tǒng)下行鏈路提出了一種次優(yōu)的動態(tài)資源分配方案，該方案通過將用戶按照QoS要求的不同進(jìn)行分類，并優(yōu)先為QoS要求較高的用戶聯(lián)合分配子載波和發(fā)射功率等資源，然后將剩余資源分配給優(yōu)先級較低的用戶，有效地提高了資源利用率，提升了系統(tǒng)的整體數(shù)據(jù)速率。 2．提出了有限反饋MIMO/SDMA系統(tǒng)下行鏈路用戶調(diào)度和功率分配算法，所提算法利用隨機(jī)波束形成和接收天線選擇的思想，將各用戶的最大

4、和第二大信干噪比及其對應(yīng)的波束索引號反饋給基站實(shí)現(xiàn)用戶調(diào)度，然后利用基站端獲得的部分信道信息進(jìn)行功率注水，可以在不增加反饋信息量的情況下獲得更好的吞吐量性能，從而在所需反饋量和系統(tǒng)吞吐量之間獲得了更好的折衷。 3．研究了下行多用戶MIMO-OFDMA/SDMA系統(tǒng)中的動態(tài)資源分配問題，首先基于子空間距離定義了一個新的用于度量配置有多根接收天線的用戶之間的空間兼容性的指標(biāo)，并根據(jù)該指標(biāo)提出了一種基于最佳用戶優(yōu)先準(zhǔn)則的調(diào)度算法，然后

5、在所提調(diào)度算法的基礎(chǔ)上提出了兩種次優(yōu)的資源分配算法。與基于隨機(jī)調(diào)度的分配算法相比，所提算法可以獲得更好的吞吐量性能，尤其是在與功率復(fù)用策略相結(jié)合的情況下，其性能更加接近于基于用戶選擇的最優(yōu)分配算法的性能。 4．提出了一種多業(yè)務(wù)MIMO-OFDMA/SDMA系統(tǒng)下行鏈路用戶調(diào)度與資源分配方案，該方案首先基于業(yè)務(wù)類型和子空間距離采用聚類分析的方法對用戶進(jìn)行分組，然后根據(jù)用戶分組的情況，結(jié)合不同業(yè)務(wù)的優(yōu)先級進(jìn)行跨層調(diào)度和資源分配，通過

6、最大化每個子載波的吞吐量近似實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)整體吞吐量的最大化，有效地降低了調(diào)度過程中所需搜索的用戶空間的維數(shù)，更好地滿足了不同業(yè)務(wù)用戶的QoS要求，同時獲得了更加理想的吞吐量性能。 5．針對全復(fù)用多小區(qū)系統(tǒng)下行鏈路提出了一種半分布式的用戶調(diào)度與功率分配方案，該方案首先由各基站根據(jù)自身所轄小區(qū)內(nèi)各用戶的信道與干擾信息采用最大信干噪比準(zhǔn)則進(jìn)行用戶調(diào)度，然后將所調(diào)度用戶的信息上報(bào)給中央資源控制器，最后由中央資源控制器采用基于修正的最速下降

7、法的貪婪功率分配算法對各基站的發(fā)射功率進(jìn)行優(yōu)化分配。所提方案充分利用了小區(qū)之間的相互協(xié)作，有效抑制了小區(qū)間干擾的不利影響，獲得了更好的吞吐量性能和更高的功率效率。 6．采用博弈論的方法提出了一種多小區(qū)OFDMA系統(tǒng)資源分配方案，該方案首先將各基站的最大可用發(fā)射功率平均分配給各子載波，然后由所有小區(qū)在每個子載波上獨(dú)立地進(jìn)行資源分配博弈，給出了用戶調(diào)度和功率分配聯(lián)合博弈模型。為了進(jìn)一步簡化，將用戶調(diào)度和功率分配分開完成，給出了用戶集

8、合確定情況下的非合作功率分配博弈模型，并證明了其納什均衡的存在性和唯一性，進(jìn)而設(shè)計(jì)了具體的博弈算法。通過將用戶的信道增益引入到定價(jià)函數(shù)，所提方案在保證吞吐量性能的同時，進(jìn)一步提升了系統(tǒng)的公平性。 7．提出了一種基于最大化信漏噪比準(zhǔn)則的多小區(qū)有限協(xié)作MIMO系統(tǒng)下行鏈路預(yù)編碼方案，該方案不需要相互協(xié)作的基站之間共享不同用戶的數(shù)據(jù)信息，每個用戶只從自身所在小區(qū)的基站接收有用信息，預(yù)編碼矩陣由為其服務(wù)的基站根據(jù)所獲得的瞬時或混合信道信