OFDM系统中自适应资源分配算法的研究、设计与性能分析

摘要

随着移动通信系统的发展，人们对移动业务中的多媒体业务和Internet业务的需求越来越大，导致了频谱资源的日趋紧缺。因此，开发频谱利用率更高的移动通信技术已经成为现阶段移动通信领域的一个重要课题。
　　正交频分复用(OFDM)最突出的优点是频谱利用率高和抗多径时延能力强，适合未来高速带宽无线通信的应用。OFDM系统的自适应资源分配主要是根据实时的信道状态信息，对子载波、比特数及功率进行自适应分配。
　　本文首先介绍了OFDM技术的发展及基本原理，并介绍了无线信道环境;紧接着研究了单用户OFDM系统几种自适应比特和功率分配的经典算法。针对单用户最优算法复杂度高的特点，设计一种基于MA准则的单用户OFDM系统自适应比特及功率分配算法，该算法首先删除不适合数据传输的子信道，然后根据信道容量进行比特的预分配，最后再根据可变步长的贪婪算法进行比特的调整，改进算法BER性能及发射功率性能和最优算法性能相近，但其CPU运行时间减少了一倍，有效地降低了算法的复杂度;然后研究了多用户OFDM系统的自适应资源分配，然后研究了多用户OFDM系统动态资源分配问题。首先说明了多用户OFDM系统动态资源分配相对于单用户OFDM系统动态资源分配的区别，然后在联合最优子载波及比特分配算法和两步法的基础上，提出了一种基于遗传算法的多用户动态资源分配算法，改进算法的传输功率比OFDM-TDMA静态资源分配方式降低大约5dB左右。同时，算法复杂度较两步法有所下降，减少了CPU的运行时间。本文的主要成果有:针对现有算法的缺点，分别对单用户、多用户OFDM系统设计了简化的资源分配算法，并对这两种算法进行了MATLAB仿真，仿真结果验证了算法的正确性和有效性。因此，本文提出的改进算法确实能够比较有效和灵活地解决自适应资源分配问题，从而弥补了现有算法存在的一些缺陷。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 移动通信发展概况

1．2 课题的研究目的和意义

1．3 OFDM技术的发展与应用

1．3．1 OFDM技术的发展

1．3．2 OFDM技术的应用

1．4 自适应技术及其研究现状

1．4．1 单用户自适应资源分配算法

1．4．2 多用户自适应资源分配算法

1．5 本文主要的研究内容和工作安排

第2章 OFDM技术基本原理

2．1 无线信道特征

2．1．1 无线信道特性

2．1．2 频率选择性衰落信道

2．2 OFDM技术的基本原理

2．2．1 OFDM系统模型

2．2．2 OFDM的DFT(FFT)实现

2．2．3 保护间隔和循环前缀

2．3 OFDM技术的优缺点

2．3．1 OFDM技术的优点

2．3．2 OFDM技术的缺点

2．4 本章小结

第3章 自适应技术及其资源分配方案

3．1 自适应技术原理

3．2 OFDM系统自适应技术的实现

3．3 OFDM系统的静态资源分配方案

3．3．1 TDMA方式

3．3．2 FDMA方式

3．4 OFDM系统的动态资源分配方案

3．4．1 动态资源分配的根据

3．4．2 动态资源分配技术性能评价的准则

3．5 本章小结

第4章 单用户OFDM系统资源分配算法研究、设计与性能分析

4．1 单用户自适应OFDM系统模型

4．2 资源分配准则

4．2．1 基于RA优化准则的分配算法

4．2．2 基于MA优化准则的分配算法

4．3 单用户OFDM系统典型比特和功率分配算法

4．3．1 greedy算法

4．3．2 chow算法

4．3．3 Fischer算法

4．4 基于MA准则改进的单用户资源分配算法的设计与实现

4．4．1 算法的改进思路

4．4．2 改进算法的设计与实现

4．5 性能仿真与分析

4．5．1 仿真环境

4．5．2 三种经典算法性能比较

4．5．3 改进算法与最优算法性能比较

4．6 本章小结

第5章 多用户OFDM系统资源分配算法研究、设计与性能分析

5．1 多用户OFDM系统模型

5．2 多用户OFDM系统资源分配准则

5．3 多用户自适应资源典型分配算法

5．3．1 多用户联合子载波、比特和功率分配算法

5．3．2 两步法

5．4 基于MA标准及遗传算法的多用户资源分配算法设计与实现

5．4．1 遗传算法概述

5．4．2 算法的设计原理

5．4．3 改进算法的设计与实现

5．5 算法仿真与性能分析

5．5．1 仿真环境

5．5．2 算法传输功率的性能比较

5．5．3 算法BER的性能比较

5．5．4 算法复杂度的性能比较

5．6 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 论文工作总结

6．2 展望

参考文献

致谢