ofdma系统下行链路的动态资源分配算法的研究

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1、巾山大学硕士学位论文1．1研究背景和意义第一章绪论未来的宽带无线接入系统需要利用有限的频谱资源，如有限的l强(RadioFrequency)带宽和发射功率，支持在多径对抗的无线传播环境中高速传输速率，并满足各种各样的QoS(Qual“yofSerVice)要求。这就需要相应的技术来实现这一日益增长的需求，而OFDMA(OrthogonalFrequencyDivisionMuhipleAccess)，正交频分多址接入，正是能够满足这一要求的多址接入技术，同时，由于它被诸如IEEE802．16标准化组织列为推荐的物理层采用的技术【11】，引起了越来越多的学者的关注，它有着广泛的应用前景

2、，尤其是在宽带的无线传输领域。众所周知，由于无线频谱资源的有限性，如何有效的利用这一资源成为许多组织和科技人员所追求的目标。oFDMA又称MU．OFDM(Multi—UserOFDM)，即多用户正交频分复用，是在OFDM的基础上发展起来的能够更有效的利用频谱资源的一种技术。它利用多用户分集的思想，根据OFDM的子载波在不同位置的用户处所表现出来的信道增益的不同来对子载波进行动态划分，并在此基础上动态分配比特和功率，根据所分配的比特采用不同的调制技术，即自适应调制，从而可以达到最有效的频谱资源利用率。如何有效的动态分配子载波，位及功率就是OFDMA动态资源分配算法研究的内容。不同的分配

3、算法可以工作在不同的坏境下，对系统性能也有较大的影响，好的资源分配算法，可以在满足用户需求的同时，最小化所使用到的资源。巾出大学硕士学位沦文1．2研究现状无线通信系统当中，常常需要在满足多个用户不同QoS的同时，获得较高的吞吐量。对OFDMA系统的资源进行动态分嚣包括动态子载波分配和盘适应的位装载，研究的方向包括跨层的翻适应资源分配，通过对MAC层和PHY层的联合优化来达到资源的最优使用；考虑子载波间干扰的最优化问题；对下行链路来澄，信道信息部分蜀知情况的最优讫润题等。本文主要研究oFDMA下行链路，并假设每个用户的信道信息对于基站来说完全可知的情况下的动态资源分配算法。网前，主要从

4、两个方面对这一问题进行研究：即余量自适应(M雄血Ad印

5、ive，MA)和速率融适应(妇耄eA{da辞ive，＆吣。它们分别是处理用户速率受限条件下，总功率最下化和总功率受限条件下，系统容量最大化的问题。它们可以通过数学推导归结为非线性的方程组来求解，但具有整数变量的非线性最优化闻题求群褶当困难。慝前，只是得到了将交量为整数的条件放宽到实数集范畴的次优解，尽管如此，也需要花费大量的计算资源【6】。为了降低计算的复杂度，很多文献提出了接近于最优解的次优化算法。文献【lH麓探讨了RA的量优化问题，它们均是在鬣设信道状态信患完全可翔并在一个OFDM符号内信道不变或缓慢变化的情况下，提出如何分

6、配子载波及功率可以有效的利用频谱资源。【l】提出了最大化最小用户速率的方法来实现容量最大化，搜各用户速率接近褶等。【2】在ll】的基磕；上，提出了比铡速率自适应的资源分配方法，在满足一定公平性的同时最大化系统容量，并给出了Hi2h．SNR的情况下，用非线性的RootFinding的方法求解。【3】足在f2】基础上的扩展，根据用户的比例速率要求按比例初始分配子载波，使最终各个用户的子载波数近似成比例，此时【2】提出的分配各用户总功率计算的表达式可以简化为线性计算，从而简化了复杂度。应用f2】【3晴每结论，谯子载波分配确定的情况下，可以得到满足用户吃例速率公平性情况下的最优解，但不同酌子

7、载波分配缀合会对最终结聚产生影响。【4】是对【2】中子载波分配算法的改进，通过采用方差的思想，优先选择信道增益波动较大的用户，或者是对信道选择最敏感的用户挑选合适的予载波。【6】-【9】从MA的角度来最优化发射功率，同样都是俊设信道信息完全可知，工作在．OFDMA的下行链路上o．在文献【6】中作者通过拉格朗同乘数法对所得的功率2中山大学硕士学位论文最小化表达式进行处理，通过不断的迭代来获取拉格朗日乘子，得到了一种近似最优的子载波，位及功率分配方式使总发射功率达到最小。但这种方法属于非线性优化问题，计算复杂度较高。在文献【7】，【8】，【9】中，分别建议了不同的子载波，位及功率分配的次

8、优化方式，相对于【6】减少了计算的复杂度，【7】提出了一种分步的方式来寻求次优解，通过初始构造分配子载波，然后不断迭代交换各用户的子载波来降低功率，但是并没有说明各个用户所获得的子载波数目是从何而来。【8】提出了利用用户的速率要求和平均信道增益来决定每个用户得到的子载波数，然后用予载波分配结果和信道信息为用户分配子载波。而【9]则是采取每个用户单独使用贪婪算法分配比特，再通过消除共用的冲突子载波的方式来最小化功率。．当然，也有文章综合讨论MA和RA问题，文