基于MIMO OFDM無線資源管理技術(shù)的研究.pdf

1、第四代移動系統(tǒng)包含多種關(guān)鍵性的技術(shù)，其中多入多出(MIMO)和正交頻分復(fù)用(OFDM)是最有前景的兩項物理層技術(shù)。MIMO技術(shù)能夠極大的提高系統(tǒng)容量，而OFDM技術(shù)能夠抵抗多徑干擾，因此MIMO OFDM技術(shù)能夠為未來移動通信網(wǎng)絡(luò)提供最強勁的空中接口支撐。然而，頻譜資源的日趨緊張，使得運營商提供無線多業(yè)務(wù)服務(wù)需要付出昂貴的頻譜費用。因此，頻譜效率是決定采用一種技術(shù)的非常重要的因素，對B3G系統(tǒng)也是如此。無線資源管理的目標就是在滿足用戶Q

2、oS需求的情況下，在有限的帶寬上最大限度地提高頻譜效率和系統(tǒng)容量，同時避免網(wǎng)絡(luò)擁塞的發(fā)生。因此，本文主要研究基于MIMO OFDM系統(tǒng)的無線資源管理技術(shù)。 系統(tǒng)容量對于無線資源管理的研究具有指導(dǎo)意義，因此本文首先研究了MIMO OFDM系統(tǒng)的容量。利用MIMO OFDM信道在空時頻三維衰落的特性，提出了空時頻三維注水算法，即在空時頻三維進行功率分配。因此，同空頻注水算法和等功率分配算法相比，該算法可以獲得最大的各態(tài)歷經(jīng)信道容量。

3、同時，相對于空頻注水算法來說，由于空時頻注水水平的計算是基于信道的統(tǒng)計狀態(tài)信息，因此其需要反饋的信道狀態(tài)信息量少，而且對于平坦衰落和頻率選擇性衰落信道都適用。另外，由于不需要每個功率分配間隔都計算注水水平，因此，空時頻注水水平的計算復(fù)雜度也要低很多。 按照七層協(xié)議的定義標準，目前，MIMO OFDM無線資源管理技術(shù)的研究成果主要集中在物理層以及PHY-MAC跨層分配上。本文首先在物理層對MIMO OFDM波束成型系統(tǒng)的無線資源管

4、理技術(shù)進行了研究。通過對幾種MIMO OFDM波束成型技術(shù)進行性能分析，考慮到各種因素，本文采用直接共享的波束成型方式，其實質(zhì)上是選定了空分多址(SDMA)的方式。接下來，建立了OFDMA-SDMA MIMO OFDM波束成型系統(tǒng)無線資源管理的數(shù)學(xué)模型。該模型不僅考慮了空間上的多用戶分集，還考慮到每個子載波的多個空間信道同時進行并行傳輸以最大限度的提高資源利用率。在這里，每個子載波和它的空間子信道的組合被定義為一組空頻子信道。比較遺憾的

5、是，由于存在同信道干擾，該問題在數(shù)學(xué)上是個NP-hard的問題。為了解決這個問題，我們提出了次優(yōu)的空頻子信道分配方案。該方案分為三個步驟：第一，假設(shè)不存在子載波共享，經(jīng)過推導(dǎo)，我們獲得最佳的空頻子信道分配方案；第二，基于第一步的子載波分配結(jié)果，在空間相關(guān)性足夠小的用戶之間進行子載波共享；第三步，逐個用戶在所有的空頻子信道上進行比特加載和功率分配。為了使得空頻子信道分配算法更為實用化，本文又提出了一種實用的空頻子信道分配算法。該算法對于每

6、個子載波基于次優(yōu)算法中推導(dǎo)出的子載波分配表達式給出新的子載波分配因子，利用該子載波分配因子進行子載波分配，簡化了計算復(fù)雜度。同時，結(jié)合自身的特點和反饋信息量降低的要求，又提出了一種插值波束成型反饋方案，以使得實用化算法在限制反饋的信道條件下也能使用。 跨層資源分配算法既考慮了上層的業(yè)務(wù)QoS特性，又考慮底層信道狀態(tài)，成為無線通信系統(tǒng)中比較有效的資源調(diào)度方式。本文研究了基于MIMO OFDM技術(shù)的IEEE802.16系統(tǒng)中的跨層資

7、源調(diào)度算法?？鐚釉O(shè)計有兩種理念：第一，自下而上，將下層信道信息傳遞到上層，在上層進行資源調(diào)度；第二，自上而下，將上層業(yè)務(wù)的QOS要求映射到下層，在下層進行資源分配。在本文中，QoS保證的公平性算法屬于自下而上的方式，即將等效信道增益映射到上層來代表信道狀態(tài)。然后綜合考慮業(yè)務(wù)QoS需求、調(diào)度器的狀態(tài)、業(yè)務(wù)的公平性以及信道狀態(tài)，定義子信道分配因子，利用該子信道分配因子進行資源塊的分配，最后對每個連接進行比特加載和功率分配。而QoS保證的最優(yōu)