中繼協合與多小區(qū)協作的OFDMA系統中的無線資源管理問題研究.pdf

1、正交頻分多址(OFDMA)以其較高的頻譜利用率和抗頻率選擇性衰落特性成為新一代無線通信的關鍵技術，OFDMA系統中為了保證用戶業(yè)務的服務質量，須采用有效的資源分配方案。此外，中繼協作和多小區(qū)協作通信技術，有效地擴展小區(qū)覆蓋和抑制小區(qū)間干擾，同時提高小區(qū)頻譜效率與邊緣用戶的傳輸速率，可滿足未來無線通信對系統容量和服務質量的越來越高的要求。本文研究了中繼協作與多小區(qū)協作的OFDMA系統中的無線資源分配問題，針對不同的典型應用場景，設計相應的

2、近似最優(yōu)或次優(yōu)的資源分配方案。論文的主要工作如下：
　　1.研究了OFDMA系統基于QoS保證和最大最小公平性準則下的動態(tài)資源分配問題，給出一種基于對偶求解的近似最優(yōu)的優(yōu)化算法。該資源分配問題采用的優(yōu)化準則是既要保證QoS用戶的最小速率要求，同時“盡力而為”用戶之間必須滿足“最小速率最大化公平性”(Max-minFairness)；可以表述為系統總功率約束下的子載波分配和功率控制的混合離散型優(yōu)化模型。所提算法具有多項式時間復雜度，

3、且與子載波數目呈線性增長關系。仿真結果表明，算法能近似最優(yōu)地滿足用戶QoS及最大最小公平性要求。
　　2.針對中繼協作OFDMA系統以及非中繼OFDMA系統，研究了比例速率公平性約束下的無線資源分配問題，分別基于這兩種系統在速率公平性約束下的等價優(yōu)化模型，提出了復雜度較小的拉格朗日松弛的聯合優(yōu)化算法。算法的關鍵在于OFDMA系統的漸進強對偶性，這個性質使得可以設計出多項式時間復雜度的算法。所設計算法的復雜度與系統載波數目成線性關系

4、；仿真結果表明，算法的性能極好地逼近最優(yōu)分配方案性能。
　　3.研究了OFDMA中繼通信系統在中繼兩跳之間不對稱情形下的資源分配問題，并提出一種多項式時間復雜度的實時的優(yōu)化算法。傳統的OFDMA中繼協作通信系統，中繼站經過一一對應的子載波接收和發(fā)送信息，這一對稱模式限制了系統吞吐量的提高。我們放寬約束，研究了非對稱的資源分配問題，即：不限定兩跳子載波之間的配對，前一跳接收的信息可以分散在第二跳的不同數目的子載波上傳輸。自由度的增加

5、，增大了資源分配的復雜度，這是一個結合中繼選擇、子載波分配和功率控制等多維自由度的混合離散型優(yōu)化問題。與對稱模式相比，非對稱資源分配進一步提升了系統的容量。
　　4.研究了多小區(qū)環(huán)境下OFDMA解碼轉發(fā)中繼通信系統的資源分配問題，由于全局最優(yōu)求解的復雜性，提出了一種分布式的次優(yōu)的資源分配算法。算法分成兩步：首先基于較低的信道反饋系統開銷，分配子載波以滿足用戶的QoS要求；然后，將功率控制問題進一步簡化并分解為多個凸優(yōu)化的子問題，由

6、橢球算法不斷收斂的對偶變量，迭代調整各個子問題的最優(yōu)求解。仿真結果表明，與參考算法相比，所提算法的系統容量和邊緣用戶的吞吐量性能都有很大的提升。
　　5.針對多小區(qū)OFDMA系統下行鏈路，研究了用戶公平性約束下的資源分配問題，提出了一種多基站協調的迭代優(yōu)化的分布式資源分配算法。每個小區(qū)根據小區(qū)間干擾和用戶的公平性，迭代地進行子載波和功率的資源優(yōu)化；而每次迭代中，根據用戶公平性準則分配子載波，并將非凸的小區(qū)功率優(yōu)化問題轉化為其下界的