基于跨層設(shè)計(jì)和開放頻譜的無線資源管理研究.pdf

1、通信技術(shù)的飛速發(fā)展和Internet的廣泛普及，極大地推動了人們對無線應(yīng)用的需求，做為下一代網(wǎng)絡(luò)重要組成部分的無線網(wǎng)絡(luò)受到了產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)屆的廣泛關(guān)注。日益增長的種類繁多的無線應(yīng)用使得無線通信技術(shù)朝著高速、寬帶以及嚴(yán)格服務(wù)質(zhì)量需求保證的方向演進(jìn)；無線網(wǎng)絡(luò)物理層固有的傳輸特性和有限的無線資源與高速寬帶傳輸服務(wù)要求之間的矛盾為無線資源管理問題的研究帶來了新的挑戰(zhàn)，無線資源管理問題的深入研究對改善和提高無線網(wǎng)絡(luò)性能具有非常重要的實(shí)際意義。本論文

2、針對無線資源管理問題，分別從無線頻譜宏觀上的靜態(tài)分配和動態(tài)分配出發(fā)，使用跨層設(shè)計(jì)的方法和開放頻譜的思想，對于無線資源的調(diào)度和動態(tài)分配進(jìn)行了深入研究，主要包括以下四個方面的工作： 1、針對無線網(wǎng)絡(luò)提出了改進(jìn)的自適應(yīng)調(diào)制(AMC)與選擇性自動重傳請求(SR-ARQ)相結(jié)合的跨層自適應(yīng)方案和N-成功/(N+1)-失敗系統(tǒng)吞吐模型；并在模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行了理論分析。通過把已有的使用了信道預(yù)測速率自適應(yīng)方案運(yùn)用到跨層設(shè)計(jì)中，在跨層方案中調(diào)制

3、方式的選擇上充分考慮了信道的動態(tài)時變特性，而非直接把上一幀傳輸信息假設(shè)為下一幀的信道狀態(tài)，從而改善了無線傳輸?shù)姆?wù)質(zhì)量(QoS)。并通過大量仿真試驗(yàn)對所提方案與現(xiàn)有方案進(jìn)行了對比分析，仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明改進(jìn)的方案與現(xiàn)有的方案相比，在保證MAC層分組差錯率性能上表現(xiàn)突出；同時，系統(tǒng)頻譜利用率也有所提高。 2、在前述跨層自適應(yīng)方案的基礎(chǔ)上，針對同時穿越有線網(wǎng)絡(luò)段和無線網(wǎng)絡(luò)段的實(shí)時應(yīng)用，在兼顧系統(tǒng)吞吐性能和異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)上實(shí)時應(yīng)用嚴(yán)格的Qo

4、S需求的基礎(chǔ)上，提出了一種基于跨層設(shè)計(jì)的無線網(wǎng)絡(luò)跨層調(diào)度算法(RTCIA)。通過大量的仿真實(shí)驗(yàn)，與改進(jìn)的比例公平算法(MPF)、最早到期優(yōu)先(EDF)和改進(jìn)的最大加權(quán)延時優(yōu)先(M-LWDF)三個廣泛使用的算法性能進(jìn)行了對比分析。仿真結(jié)果表明，綜合考慮實(shí)時應(yīng)用的嚴(yán)格時延要求和信道的時變特性，RTCIA更適合于對時延敏感的實(shí)時應(yīng)用，尤其是分組超時率性能方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于MPF和M-LWDF算法。 3、針對OFDMA系統(tǒng)的跨層調(diào)度和資源分配

5、問題，提出了一種基于跨層和時頻二維分配的OFDMA下行鏈路資源分配和調(diào)度算法。算法在調(diào)度和資源分配時，考慮了用戶物理信道狀態(tài)信息以及MAC層和數(shù)據(jù)鏈路層的用戶速率要求、延時要求、分組差錯率要求等QoS參數(shù)，以提高系統(tǒng)吞吐性能為目標(biāo)，同時并兼顧了公平性性能。并通過大量的仿真實(shí)驗(yàn)，就系統(tǒng)有效吞吐量、中斷率以及公平性分別與經(jīng)典的PF算法和M-LWDF算法進(jìn)行了對比分析，證明了所提算法在系統(tǒng)頻譜效率和中斷率性能方面均表現(xiàn)較好。 4、針對

6、開放頻譜管理系統(tǒng)中的動態(tài)頻譜分配算法問題進(jìn)行了研究，使用圖論對系統(tǒng)進(jìn)行了建模，在模型的基礎(chǔ)上對開放頻譜管理系統(tǒng)中的動態(tài)頻譜分配問題進(jìn)行了理論分析；在綜合考慮系統(tǒng)總帶寬、收斂性能、公平性等因素后，提出了兩種適用于不同應(yīng)用要求的易實(shí)現(xiàn)且具有良好收斂性能的啟發(fā)式頻譜動態(tài)分配算法——兼顧最大化系統(tǒng)總帶寬的快速收斂算法(FCMB)和兼顧最大化系統(tǒng)總帶寬的啟發(fā)式公平分配算法(HFWB)；并通過大量的仿真實(shí)驗(yàn)，與現(xiàn)有經(jīng)典算法就系統(tǒng)總帶寬、公平性和收斂