多用户协作OFDM系统资源分配方法研究

摘要

随着通信技术的高速发展，人们对无线通信系统的有效性和可靠性要求也越来越高。协作分集是一种新型的空间分集技术，能够在不额外增加系统负载资源的前提下提供更高的系统分集增益。协作通信技术能广泛地应用在无线自组网、无线传感网和下一代移动通信系统中。OFDM技术以其高频谱利用率和抗频率选择性衰落特性，已经被确定为未来无线通信系统物理层的关键技术。因此，研究多用户协作OFDM系统中的子载波分配、功率分配和中继选择等资源分配问题将更具有挑战性。
　　本文首先研究了基于传统OFDMA系统的功率分配算法，给出了具体的系统模型和最优注水分配准则。然后研究了最大化系统效用值条件下的协作OFDM系统资源分配问题，将跨层优化问题分解为物理层和应用层上的两个子优化问题，即最大化系统效用的应用层子问题和联合中继策略和中继选择、功率和带宽分配的物理层子问题。利用对偶分解法和次梯度法得到了子优化问题的最优解，通过对偶变量的传递实现了总优化目标。仿真结果表明，使用该资源分配算法能有效地提高系统总效用值，而且简化了非线性优化问题的求解。
　　由于使用对偶法需要较复杂的迭代运算，本文通过引入虚拟信道增益的概念，将协作传输等效为传统的直传方式，利用传统的多用户OFDM资源分配算法，得到了满足不同用户最小速率条件下的子载波和功率分配算法。该算法不需要进行复杂的数学推导和迭代运算，大大简化了资源分配算法的计算复杂度。仿真结果表明，该算法在保证用户间公平性的前提下，提高了系统的总吞吐量。
　　由于基于理想信道信息反馈下的资源分配算法在实际应用中有很大的局限性，本文研究了适用于有限信道反馈情况下的增量中继方式及其在平坦瑞利衰落信道下的系统性能，给出了详细的性能仿真曲线。然后研究了一种基于增量AF中继方式下的功率分配算法，给出了高信噪比条件下的分配结果闭式解。仿真结果表明，使用该分配算法能有效地降低系统中断概率。最后，本文研究了过时信道信息下的协作OFDM系统资源分配算法。在满足每个用户的最小速率的情况下，采用对偶分解法和次梯度法，给出了具体的资源分配算法和中继选择策略。仿真结果表明，该算法能有效地减小系统发送功率。

目录

多用户协作OFDM系统资源分配方法研究

RESEARCH ON RESOURCE ALLOCATION METHODS FOR MULTI-USERS COOPERATIVE OFDM SYSTEM

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 当前研究现状分析

1.3 本文主要研究内容与结构安排

第2章 协作OFDM原理和最优化理论

2.1 引言

2.2 协作分集

2.3 协作通信

2.4 OFDM基本原理

2.5 最优化理论

2.6 本章小结

第3章 基于公平性保证的多用户协作OFDM系统资源分配算法

3.1 引言

3.2 OFDMA最优分配算法

3.3 基于效用公平性的协作OFDM系统资源分配算法

3.4 基于速率公平性的协作OFDM系统资源分配算法

3.5 本章小结

第4章 基于有限信道反馈的多用户协作OFDM系统资源分配算法

4.1 引言

4.2 增量中继

4.3 瑞利衰落信道下增量中继性能分析

4.4 增量AF中继下的功率分配算法

4.5 基于过时信道信息下的协作OFDM资源分配算法

4.6 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

致 谢