無(wú)線中繼系統(tǒng)中資源分配與切換機(jī)制的研究.pdf

1、人們對(duì)隨時(shí)隨地的進(jìn)行自由通信的渴望促進(jìn)了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，基于中繼技術(shù)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)令傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)一直存在的可伸縮性低和健壯性差等諸多問(wèn)題迎刃而解，中繼技術(shù)成了滿(mǎn)足下一代網(wǎng)絡(luò)未來(lái)通信網(wǎng)絡(luò)高容量、高速率和廣覆蓋需求的極有前途的方案。本文以無(wú)線中繼系統(tǒng)為研究背景，研究無(wú)線中繼系統(tǒng)中資源管理中的關(guān)鍵問(wèn)題，重點(diǎn)對(duì)資源分配策略和切換機(jī)制進(jìn)行了全面而深入的研究。 本文從中繼鏈路入手，分別研究了解碼轉(zhuǎn)發(fā)(DF)和放大轉(zhuǎn)發(fā)(AF)方式的功率

2、分配策略。對(duì)DF中繼鏈路，通過(guò)充分利用端到端的系統(tǒng)中斷概率的需求，提出了使系統(tǒng)總功率消耗最小化的功率分配策略。在保證相同的系統(tǒng)中斷概率要求下，此分配策略相比考慮單獨(dú)每跳的中斷概率的傳統(tǒng)功率分配方案，能得到更高的系統(tǒng)性能。針對(duì)MIMO-OFDM AF中繼鏈路，從信息論的角度分析了其信道容量，并以最大化信道容量為優(yōu)化目標(biāo)，在中繼端功率受限的條件下，提出了一種新的功率分配方法。所提出的算法復(fù)雜度較低并且能明顯的提高中繼系統(tǒng)容量。 正交

3、頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)可以有效地對(duì)抗寬帶通信中無(wú)線信道的頻率選擇性衰落，未來(lái)的通信系統(tǒng)廣泛采用OFDM技術(shù)。但結(jié)合了OFDMA的中繼系統(tǒng)的資源優(yōu)化問(wèn)題變得非常復(fù)雜，需要解決2個(gè)問(wèn)題：1)路由問(wèn)題，即用戶(hù)(MS)和中繼節(jié)點(diǎn)(RS)如何配對(duì)。2)資源分配問(wèn)題，即為配對(duì)好的用戶(hù)和中繼節(jié)點(diǎn)如何分配資源。本文以O(shè)FDMA中繼網(wǎng)絡(luò)為研究背景，在用戶(hù)最小速率限制下，以最大化系統(tǒng)吞吐量為優(yōu)化目標(biāo)，研究了路由和子載波聯(lián)合分配的策略，針對(duì)以上優(yōu)化問(wèn)題提出

4、了最優(yōu)解和次優(yōu)解： 1)最優(yōu)解：上述優(yōu)化問(wèn)題是一個(gè)二進(jìn)制整數(shù)規(guī)劃問(wèn)題，一般的線性整數(shù)規(guī)劃問(wèn)題已經(jīng)被證明是NP完全(NP-complete)問(wèn)題，很難求解。而幸運(yùn)的是，待求解的優(yōu)化問(wèn)題可以利用圖論的知識(shí)來(lái)解決：產(chǎn)生新的網(wǎng)絡(luò)流圖，把原始的優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化成與之等效的圖論中的“線性最優(yōu)分配”問(wèn)題，然后利用圖論中的算法來(lái)求解。此方法得到的是優(yōu)化問(wèn)題的最優(yōu)解，且算法復(fù)雜度相對(duì)較低。路由的查找和子載波的分配在新生成的網(wǎng)絡(luò)圖上查找環(huán)路的過(guò)程中一并

5、執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)了路由和子載波的聯(lián)合分配。 2)次優(yōu)解：從幾何學(xué)的角度，優(yōu)化問(wèn)題可以抽象到三維空間(路由、子載波和用戶(hù))，本文把三維空間的資源分配問(wèn)題映射到二維平面(子載波和用戶(hù))上，映射的過(guò)程剔除了三維空間中的冗余元素，因此，該策略進(jìn)一步降低了計(jì)算復(fù)雜度，并使得子載波分配策略更加靈活。這是一種具有啟發(fā)式的資源分配方法，得到是優(yōu)化問(wèn)題的次優(yōu)解。另外，映射的操作包含了路由的選擇，實(shí)現(xiàn)了路由和子載波的聯(lián)合分配。 論文對(duì)中繼OFDM

6、A系統(tǒng)的分組數(shù)據(jù)調(diào)度算法也進(jìn)行了研究，系統(tǒng)中考慮了多種業(yè)務(wù)，包括時(shí)延敏感業(yè)務(wù)和時(shí)延不敏感業(yè)務(wù)。為了提高系統(tǒng)吞吐量和降低丟包率，提出了考慮信道質(zhì)量變化以及業(yè)務(wù)時(shí)延需求的自適應(yīng)調(diào)度算法。調(diào)度策略采用路由和資源分配分離的方式，BS先為用戶(hù)選擇路由，然后考慮用戶(hù)的傳輸速率、業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量(QoS)和用戶(hù)公平性，設(shè)計(jì)合適的調(diào)度準(zhǔn)則來(lái)分配資源。所提出的算法在較低復(fù)雜度下既充分體現(xiàn)了OFDMA無(wú)線信道資源的多用戶(hù)分集增益優(yōu)勢(shì)，又保證了其業(yè)務(wù)的時(shí)延QoS

7、要求，仿真結(jié)果同時(shí)驗(yàn)證了中繼OFDMA網(wǎng)絡(luò)對(duì)于單跳OFDMA網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)越性。 切換是無(wú)線資源管理中一個(gè)重要的課題。在傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)MS進(jìn)行切換時(shí)，BS是MS唯一的切換目標(biāo)。而在中繼系統(tǒng)中，其切換節(jié)點(diǎn)可能是MS或RS，切換目標(biāo)也不僅僅是BS，也可以為本小區(qū)RS或目標(biāo)小區(qū)下的RS。單跳系統(tǒng)中的切換方法不再適用于中繼系統(tǒng)，因此，本文提出了一套完整的切換方法，完成中繼系統(tǒng)中的切換流程。同時(shí)，還提出了新方法以保證切換過(guò)程中下行鏈路數(shù)據(jù)傳