基于微粒群的LTE-Advanced通信系統(tǒng)自適應(yīng)資源分配算法.pdf

1、由于對高速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和多媒體業(yè)務(wù)需求的不斷增加，以及移動網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)的加速融合，使得人們對移動通信寬帶化的需求日益迫切。在這種需求的驅(qū)使下，第三代合作伙伴計劃（3rd Generation Partnership Project，3GPP）在第三代移動通信（3G）和準寬帶移動通信——長期演進系統(tǒng)（Long Term Evolution，LTE）的基礎(chǔ)上提出了LTE的演進方案LTE-Advanced。2010年10月20日，LTE-Adv

2、anced標準被國際電信聯(lián)盟無線通信部門確定為新一代移動通信（4G）的國際標準。該標準旨在 LTE標準基礎(chǔ)上進一步提高傳輸速率，降低系統(tǒng)延遲，增大系統(tǒng)容量。
　　為了克服無線信道的時變性和頻率選擇衰落等問題，在 LTE-Advanced中使用自適應(yīng)資源分配技術(shù)可以根據(jù)無線信道的瞬時特性，向多個用戶靈活地分配子載波，避開嚴重受損信道，提高信號的傳輸質(zhì)量與系統(tǒng)的頻譜利用率，從而實現(xiàn)頻譜資源的高效利用。本文將重點研究 LTE-Advan

3、ced通信系統(tǒng)的自適應(yīng)資源分配問題。
　　在實際的應(yīng)用場景和業(yè)務(wù)下實現(xiàn)資源的最優(yōu)化分配屬于 NP-hard問題，多項式時間內(nèi)無法求得最優(yōu)的資源分配方案。因此，如何在系統(tǒng)允許時間內(nèi)尋找到可接受的次最優(yōu)資源分配方案成為自適應(yīng)資源分配技術(shù)實現(xiàn)的重點和難點。本文以微粒群算法為主要工具，對 LTE/LTE-Advanced框架下的自適應(yīng)資源分配問題進行了深入的研究。主要包括以下內(nèi)容：
　　首先，介紹了 LTE(Long Term Ev

4、olution)以及 LTE-Advanced提出的背景以及演進目標。并結(jié)合目前頻譜資源的現(xiàn)狀和面臨的主要問題，闡述了自適應(yīng)資源分配技術(shù)在 LTE/LTE-Advanced通信系統(tǒng)提高頻譜利用率中關(guān)鍵作用。
　　第二，對 LTE/LTE-Advanced通信系統(tǒng)中的資源分配問題進行數(shù)學(xué)建模分析。通過對目標函數(shù)的設(shè)計以及懲罰函數(shù)的引入，簡化了數(shù)學(xué)模型中限制條件的約束，將復(fù)雜的自適應(yīng)資源分配問題分解成多個最優(yōu)化問題，得出了自適應(yīng)資源分

5、配的一般模型。同時，介紹了微粒群算法的基本原理，并針對其不足，提出了一種改進型的微粒群算法。該算法在保留原有微粒群算法(Particle Swarm Optimization)優(yōu)點的同時，通過遺傳算法(Genetic Algorithm)與微粒群算法的互補特性，在粒子更新過程中引入交叉和變異機制，增加了粒子的多樣性，提高了算法的尋優(yōu)能力。
　　第三，通過對 LTE系統(tǒng)的自適應(yīng)資源分配問題進行建模分析，針對現(xiàn)有 LTE系統(tǒng)自適應(yīng)資源

6、分配算法的不足，提出一種基于改進型微粒群算法的 LTE系統(tǒng)資源分配算法，實現(xiàn)了在不同場景不同業(yè)務(wù)下的自適應(yīng)資源分配。
　　第四，在 LTE通信系統(tǒng)的資源分配算法和相關(guān)結(jié)論的基礎(chǔ)上，針對LTE-Advanced載波聚合技術(shù)的特點，提出基于微粒群的 LTE-Advanced載波聚合資源分配方案。在成分載波分配階段，對子載波采取了次最優(yōu)預(yù)分配，并通過將成分載波分配細化為不同優(yōu)化目標的兩個步驟，實現(xiàn)了資源分配速度上和質(zhì)量上的有效提升。

7、r>　　第五，為進一步降低算法的時間復(fù)雜度，借鑒了基于微粒群的 LTE-Advanced自適應(yīng)資源分配算法中成分載波分兩步進行的思想，提出一種基于固定式算法的LTE-Advanced次最優(yōu)資源分配方案。該方案相比于微粒群的資源分配方案犧牲了部分資源分配效果，換取了資源分配的速度，降低了時間復(fù)雜度。
　　最后，設(shè)計了針對以上算法的 LTE-Advanced資源分配演示系統(tǒng)。該演示系統(tǒng)支持自定義的用戶拓撲結(jié)構(gòu)和算法參數(shù)，并可以根據(jù)系統(tǒng)