ofdma中继无线通信网络资源分配算法研究

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1、OFDMA中继无线通信网络资源分配算法研究第1章绪论1．1引言近几十年来全球信息技术得到了飞速的发展，目前我们正处于无线数据应用革命的开始，因特网技术及其服务业务的出现构成了现在的全球信息网络。因特网提供了电子邮件、社交网络、电子商务以及游戏娱乐等大量服务。尤其是随着移动电子设备，如智能手机、平板电脑的快速发展，人们使用因特网的方式也从有线连接逐渐向无线连接发展。短短的十几年间无线网络也经历了从第二代移动通信系统(2G)到第三代移动通信系统(3G)的完美过渡，3G技术的成熟及应用展现了无线技术的无限可

2、能。无线宽带连接不仅能够提高上网和下载的速度，还能提供丰富的多媒体应用，如音视频流，多媒体会议等。使用过因特网业务的人都能感受到它强大的网络应用和丰富的信息资源所带来的全新体验，同时也渴望能够享受更快速和便捷的网络服务，因此，如何为用户提供高效的宽带体验将是无线通信技术研究的新领域【l】。目前应用的3G系统采用码分多址(CodeDivisionMultiplexingAccess，CDMA)和时分多址TimeDivisionMultiplexingAccess，TDMA)技术，提供了比2G系统更高的数

3、据速率，大大提高了语音容量，并支持包括多媒体在内的高级业务和应用。但是，CDMA需要巨大的带宽来获得有用的扩频值，因此它并不能胜任高速应用。随着移动用户数量的逐渐增多以及无线应用的不断更新，3G网络已经不能满足日益增长的宽带服务需求，人们的研究开始向超3G、以及3G长期演进(LongTermEvolution，WE)等更先进的无线技术领域扩展，这也迫使新的频分复用技术的出现一一正交频分复用技术(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM)。2009年，随着

4、3GPPRelease8LTE／SAE规范的完成，世界各地的移动运营商开始计划其向3G网络长期演进的下一步，其主要的标准均采用正交频分复用多址接入(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexingAccess，OFDMA)技术，保证在IOMHz信道带宽条件下，利用64QAM或16QAM数据调制能达到峰值上行75Mbps的数据速率，并且其较低的时延特性大大提高了VolP、游戏等其他实时应用的体验质量，因此，对OFDMA相关技术的进一步探讨与研究有着十分重大的意义。第1章绪论

5、1．2OFDMA的发展与优点无线信道中的多径产生的符号干扰是影响其高速率传输的主要挑战。OFDM技术能将给定的高比特数据流划分成并行的低比特数据流，并且对每个数据流进行独立的载波调制，这些也被称为子载波的载波在符号的持续时间内彼此正交，从而能够克服符号间的干扰(ISl)。除此之外，OFDM可以很容易的用快速傅里叶变换／快速傅里叶逆变换(FastFourierTransform／InverseFastFourierTransform，FFT／IFFT)实现，能够降低计算复杂度，并且可以根据用户的信道条件

6、，将不同的子载波分配给不同的用户，从而形成了高效的多址接入方案。该方案被称为正交频分复用多址接入(OFDMA)，它提供了精细的信道分配能力，可以大幅度提高系统容量，并且能自由的在时间和频率上进行资源配置。正是由于OFDMA优越的抗频率选择性衰落特性，使它成为下一代无线通信网络调制和多址接入的关键技术【21。假设用户的信道为不相关衰落信道，则有可能用某种方式对具有不同需求的用户进行子载波分配，这种调度方式要求把传输功率集中在信道较好的用户上，从而达到提高系统总容量的目的。由于无线信道的广播特性，使得节点

7、之间能够相互帮助，从而进行分布式的通信。由此出现了中继的思想，其目的是通过采用一种新技术，以提高系统容量、传输速率和系统性能【3J。在无线通信系统中，由于存在天线的尺寸及费用等限制因素，终端一般不可能安装多个天线，因此，具有协作功能的中继通信也被认为是一种能有效实现空间分集的方法【4枷。随着中继技术在信息论方面取得突破，21世纪初，中继通信再次受到了研究者的广泛关注，Laneman提出并分析了四种中继系统的常用协议，包括放大转发(Amplify．and．Forward，AF)、解码转发((Decode

8、．and．Forward，DF)、选择性中继和增量中继等17j。有关中继技术的主要思想和技术将在第二章中进行介绍。为了满足任意的吞吐量和提高系统总容量，OFDMA标准支持基于信道状态信息(ChannelStateInformation，CSI)的动态资源调度，因此促进了很多动态资源配置算法的出现，该领域也逐渐成为学术界的研究热点。中继网络能获得更大的系统增益，能有效解决长距离传输的路径损耗与衰落问题，但同时也增加了系统复杂性和研究难度。利用传统的启发式算