下行多用户OFDM系统的资源分配算法研究

摘要

正交频分复用（OFDM,Orthogonal Frequency Division Multiplexing）是当今第四代移动通信系统中的关键技术，具有抗衰落、抗码间串扰的能力，能实现更低的时延和更高的吞吐量。未来随着移动通信业务与移动设备的增多，不仅要求通信系统能实现更高的频谱效率与能量效率，而且还需考虑实际应用中用户不同的业务需求。在研究中常常用比例速率约束表示不同业务的优先级，以体现用户间的公平性。严格满足比例速率约束往往会导致系统性能较低，很多文献通过放松比例速率约束来提升系统性能，但这些方法无法很好地量化用户间的公平性。为了更加灵活地权衡公平性与系统性能，本文引入公平度阈值概念，在满足公平度阈值的基础上提升系统的性能。因此，本文基于公平度阈值研究了频谱效率优化算法与能量效率优化算法。主要工作如下：
　　1、基于公平度阈值的联合子载波与功率分配算法
　　本文将注水功率分配算法融入子载波分配当中，并且加入子载波交换步骤，形成基于公平度阈值的联合子载波与功率分配算法。此算法不仅可以充分利用注水功率分配算法来指导子载波分配，而且通过子载波交换可以获得更高的频谱效率，同时获得粗略的公平度。之后使用粒子群优化算法调整功率分配，使得系统满足公平度阈值。仿真结果表明该算法能有效地权衡系统公平性与频谱效率，在满足公平度阈值的情况下获得较大的频谱效率提升。
　　2、基于生物地理学优化算法的可变公平度阈值的能量效率优化
　　随着对多媒体服务与万物互联需求的增长，通信系统的能量消耗飞速提升。因此能量效率（即单位功率下的吞吐量）在“绿色无线电”领域变得越发重要。本文采用两步法来分配子载波和功率。在子载波分配完毕后，使用生物地理学优化算法优化每个用户的注水线，在满足公平度阈值的情况下提升系统的能量效率。仿真结果表明较高的公平度阈值会导致较低的系统能量效率，而降低公平度阈值可以提升系统的能量效率。本文所提出的算法更加灵活，可以根据需要实时地调节公平度阈值，实现系统公平性与能量效率的权衡。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 背景介绍

1.2 研究意义

1.3 研究现状

1.4 文章内容安排

第二章 相关知识介绍

2.1 无线信道概述

2.2 OFDM简介

2.3 注水功率分配算法简介

第三章 基于公平度阈值的联合子载波与功率分配算法

3.1 本章概述

3.2 频谱效率问题建模与经典算法介绍

3.3 基于公平度阈值的联合子载波与功率分配算法

3.4 基于粒子群优化算法的功率分配

3.5 仿真验证

3.6 本章小结

第四章 基于BBO算法的可变公平度阈值的能效优化

4.1 本章概述

4.2 能效优化模型及经典算法介绍

4.3 基于生物地理学优化算法的功率分配

4.4 子载波分配方案

4.5 仿真验证

4.6 本章小结

第五章 结论

5.1 主要结论

5.2 研究展望

参考文献

在学期间的研究成果

致谢