基于IEEE 802.16e的协同网络及其动态资源分配机制研究

摘要

为了适应用户对宽带无线接入的需求，IEEE成立了802.16工作组制定无线宽带城域网标准，即WiMAX（Worldwide Interoperability for Microwave Access，即微波存取全球互通）。此标准目前有固定的（802.16d）和移动的(802.16e）两个主要版本. 目前的主要问题是采用传统蜂窝方式组网方式和资源分配机制，无法达到宽带全覆盖的目的，特别是小区边缘用户信号接收质量低，导致其吞吐量低下和用户之间的不公平性；而协同分集是一种新的克服无线移动通信信道多径效应的分集方式，能在单天线多用户环境下让多用户协同工作，使用户的天线实现共享，从而形成虚拟的多入多出天线阵列，达到空间分集的效果，有效提高系统中断概率和系统平均容量。本文研究了如何把协同分集技术应用到802.16e网络中，以提高宽带接入系统的网络容量和用户公平性。 本文主要工作包括以下两个方面：首先提出了基于802.16e的协同网络模型。为了使提出的网络有效运行，本文在考察了802.16e OFDMA/TDD（Orthogonal Frequency Division Multiple Access/Time Division Duplex，正交频分多址/时分双工)帧结构的基础上又进一步设计了基于802.16e的协同网络的新的OFDMA帧结构。文章的另一个主要贡献是提出了基于IEEE 802.16e的协同网络中的动态资源分配机制和算法。这里的资源分配包括协同伙伴节点选择和OFDMA子信道分配两个方面。本文首先根据用户之间和用户到基站信噪比来选择协同伙伴节点。通过伙伴选择，网络中的用户组成协同用户对集合和非协同用户集合。属于一个协同用户对的用户可以进行协同分集方式的信息发送；而本文提出的OFDMA子信道分配算法要应用在每个OFDMA子帧上。该算法是根据每个OFDMA子帧中各个用户在子信道上的信道状况进行分配的，把子信道分配给瞬时信噪比最好的用户，从而使整体的系统容量最大化。 文章最后对所提出的网络模型和资源分配机制进行了仿真分析。论文的研究工作及其性能分析表明：本文所提出的协同网络模型、OFDMA帧结构及其资源分配机制确实能把协同机制有效地应用到802.16e的网络中，能够在大大提高网络总容量的基础上保持各用户之间的公平性。