多用户MIMO-OFDM系统的动态资源分配及有限反馈技术研究

摘要

对多输入多输出（MIMO）和正交频分复用（OFDM）的结合系统进行动态资源分配可以保证用户公平性，支持多用户的多种业务等级，有效的提高通信系统的频谱效率和吞吐量性能，是第四代移动通信系统的关键技术之一。在基站分配资源的过程中需要经上行链路反馈用户的信道状态信息，如何减少反馈开销也是一项重要的关键技术。
　　本文分析了该系统的两种多用户场景下的无线资源分配模型，包括在发射端总功率和误码率要求下的吞吐量最大化模型、用户比特率成比例条件下的吞吐量最大化模型。针对第一种优化模型，利用所有正交的空间子信道和多用户分集，按照比特率需求最大的用户优先得到子载波的准则为每个用户分配子载波，再通过贪婪算法分配总的发射功率。仿真结果表明，本文空间子信道吞吐量算法相比于最大特征值算法和空间子信道平均算法，可在信噪比较高时提高系统吞吐量，并满足用户的误码率要求，但算法复杂度较高。针对第二种优化模型，根据用户速率成比例推导出了子载波分配限制准则，即采用两次子载波分配算法，先按照各用户的数据速率比例对用户的空间子信道进行分配，然后对剩余子载波采用最大化系统吞吐量算法。仿真结果表明，本文算法不仅可满足不同用户的速率要求，而且平衡了吞吐量最大化和用户间公平性的矛盾，同时计算复杂度较低。
　　上述算法都是在基站端可获得完整的信道状态信息的前提下完成的，将占用较大的系统带宽。为提高该系统的频谱利用率，本文还进一步研究了有限反馈技术，通过推导反馈信道质量信息数与用户传输速率、中断概率之间的关系，在用户误码率要求下，自适应反馈最佳的信道质量信息数并确定最优量化门限，使得系统吞吐量最大化。仿真结果表明，该算法与不仅能够满足系统的传输速率和平均误码率要求，还降低了反馈开销，还给出了用户误码率限制下的最优量化门限值。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 课题研究现状

1.3 本文研究内容

1.4 文章内容安排

第二章 MIMO-ODFM系统与动态资源分配技术概述

2.1 引言

2.2无线通信系统中的动态资源分配技术

2.3 多用户MIMO-OFDM系统结构与有限反馈模型

2.4 本章小结

第三章 用户误码率要求下的MIMO-OFDM系统动态资源分配

3.1 引言

3.2 系统模型

3.3 动态资源分配算法

3.4 仿真结果与分析

3.5 本章小结

第四章 基于比例公平原则的多用户MIMO-OFDM系统资源分配

4.1 引言

4.2 系统模型

4.3 基于比例公平原则的资源分配算法

4.4 仿真结果及分析

4.5 本章小结

第五章 多用户MIMO-OFDM系统中的有限信道状态反馈

5.1 引言

5.2 有限反馈系统模型

5.3 传统有限反馈算法

5.4 一种CQI有限反馈和量化方案

5.5 仿真结果与分析

5.6 本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1 全文工作总结

6.2 研究展望

参考文献

附录一 符号与标记

附录二 英文缩略语表

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文