OFDMA系统中基于能量效率的资源分配优化研究

摘要

无线通信系统消耗的巨大能量已经引起广泛关注，绿色通信设计中的能量效率优化问题是一个重点研究内容。本文对OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access，正交频分多址接入)系统多用户下行链路的高能效资源分配策略展开研究。OFDMA下行链路资源分配算法通常分为三类：以用户和速率最大化、发射功率最小化或用户和速率与发射功率的比值最大化为目标对子载波和功率进行分配。据统计，发生在室内的语音呼叫业务超过50％，数据通信业务也超过70%发生在室内，但是由于室内覆盖差，30%的企业和45%的家庭用户不能享受优质的移动通信服务。因此，本文针对OFDMA系统的三种场景，分别提出了以能量效率最优为目标的资源分配优化算法。
　　本文针对室外宏蜂窝小区的下行链路OFDMA系统，提出了一种基于能量效率最优的LDD(Lagrangian Dual Decomposition,拉格朗日对偶分解)算法，并对目标函数进行改进，将复杂的分数规划问题转化为较易求解的凸规划问题进行求解，降低了计算的复杂度。算法首先采用迭代运算动态分配子载波和功率，然后用二分搜索算法得到能量效率的最优值。仿真结果表明，所提出的算法能够提高系统的能量效率，并且提高了运算速度，降低了计算复杂度。
　　本文针对室内Femtocell基站和室外宏小区基站组成的双层网络下行链路MIMO(Multiple Input Multiple Output,多输入多输出)OFDMA系统，考虑用户QoS(Quality of Server,服务质量)保障和基站间的干扰问题，以能量效率最优为目标，提出了一种功率控制技术。该技术是无线电资源管理非常重要的一个组成部分，基站发射功率越大，对其他基站服务的用户产生的干扰越严重。仿真结果表明，所提算法能够有效提高此场景下系统的能量效率，且降低了计算复杂度。
　　本文针对双层网络下行链路OFDMA系统，室外宏小区用户受到室内Femtocell基站干扰的场景，综合考虑用户QoS和跨层干扰两大问题，研究了利用LDD方法对基站的发射功率进行控制，获得最佳的系统能效的功率分配方案。该方案采用LDD方法将能量效率优化问题的对偶问题分解为若干个子问题在每个子载波上单独求解，利用梯度算法得出最佳的功率分配方案，然后通过迭代运算得到对偶变量的收敛值，对用户功率分配进行调整，实现能效的最大化。

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专用术语注释表

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2研究发展及现状

1.3室内移动通信发展现状

1.4本文的结构安排

第二章 OFDMA系统关键技术基础与能量效率简介

2.1绿色通信的概念及意义

2.2绿色通信中的资源

2.3能量效率的概念及意义

2.4 MIMO技术

2.5 OFDMA技术

2.6室内移动通信技术

2.7双层网络中存在的干扰

第三章 基于能量效率的改进型LDD资源分配算法

3.1引言

3.2拉格朗日对偶理论

3.3系统模型与问题描述

3.4基于LDD的能效资源分配算法

3.5仿真结果与分析

3.6本章小结

第四章 基于能量效率的 Femtocell网络功率控制技术

4.1引言

4.2系统模型与问题描述

4.3基于QoS保障的能效资源分配算法

4.4仿真结果分析

4.5本章小结

第五章 Femtocell网络对宏蜂窝用户的干扰研究

5.1引言

5.2系统模型与问题描述

5.3基于QoS保障的能效资源分配算法

5.4仿真结果分析

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1论文总结

6.2研究展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文

致谢