无线中继系统资源调度算法研究

摘要

资源分配与调度是任何通信网络不可缺少的组成部分，因此在蜂窝中继系统中研究资源调度算法是非常有价值的。在传统网络中引入中继，可以扩大覆盖范围，增强系统容量，然而由于中继的引入也导致了中继网络的资源调度算法比传统网络的资源调度更复杂，如中继的选择问题，链路的多跳特性等。在传统无线网络中资源调度存在系统吞吐量与用户公平性之间的矛盾，在无线中继系统中也存在同样的问题。本文针对这一问题，同时考虑用户的其他QoS特性(丢包率，用户吞吐量)，在OFDMA蜂窝中继系统中进行资源调度算法的研究。
　　 一、最少好信道优先的两跳比例公平调度算法。本文首先论述了单蜂窝OFDMA中继系统模型，在此基础上基于信道状态信息对比分析了目前中继系统中三种典型的资源调度方案：轮询调度(RR)，部分比例公平(PPF)，两跳比例公平(THPF)。THPF调度算法在频谱效率和用户公平性之间得到一个较好的折中，然而这种折中是通过牺牲大量的频谱效率获得的，为了提高THPF算法的频谱效率，本文将最少好信道优先准则用于中继系统，提出了一种改进的THPF算法(S-THPF)。S-THPF算法通过给好信道较少的用户优先分配子信道，保证尽可能多的用户获得最优信道，从而提高了系统频谱效率。
　　 二、联合信道状态信息和队列状态信息的跨层调度方案。在目前的中继系统中，大多资源调度算法只考虑信道状态信息对系统性能的影响，然而在实际系统中仅考虑信道状态信息是不够完善的，比如某些用户的信道条件一直较差，如果仅考虑信道状态信息那么这些用户的数据很可能会积压，若等待的时间过长就会造成丢包。所以在进行资源调度时还应当考虑用户的队列状态信息。本文研究了OFDMA中继系统中的跨层调度方案，在比例公平调度算法的基础上，加入队列状态信息对调度优先权的影响，将文献[29]的QAPF调度准则应用于OFDMA中继系统，在此基础上，为了提高用户公平度，提出了一种改进的QAPF调度准则(RQAPF)，该准则利用队列门限值降低了队列状态信息对调度准则的影响，保证了用户的公平性。但与QAPF调度准则相比，降低了系统吞吐量，为了克服这一缺点，本文提出了具有载波配对的RQAPF调度算法(SubPairRQAPF)。最后文章仿真分析了四种方案的性能。