OFDMA-MIMO无线多跳中继系统下行链路自适应资源分配研究

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支持高速率多业务信息传输是下一代移动通信系统最突出的特点,考虑采用先进的正交频分多址接入(Orthogonal Frequency Division Multiple Access, OFDMA)、多输入多输出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)和中继技术,结合适当的自适应资源分配机制,能够改善系统频谱利用率、扩大网络覆盖范围等性能,它们成为未来无线宽带接入系统/蜂窝移动通信系统研究的关键技术。由于无线信道的频率选择性衰落特性,在OFDMA系统中可以根据信道状态信息(Channel State Information, CSI),为用户自适应地分配子载波资源,能够避开处于深衰落的信道,实现系统资源优化利用。MIMO和中继技术的引入,为自适应资源分配带来了新的问题,如空域资源与频域、时域资源的联合优化,中继链路需要占用额外的资源,多跳链路容量存在瓶颈效应等。因此,针对上述问题,改进设计适用于OFDMA-MIMO多跳中继系统下行链路的自适应资源分配机制是本文的研究重点。论文首先介绍了OFDMA-MIMO多跳中继系统相关技术理论基础,包括OFDM系统多址接入方式基本原理、MIMO信道容量分析以及引入中继所带来的无线资源分配新问题。然后就OFDMA-MIMO多跳中继系统典型自适应资源分配算法进行详细地研究,并搭建仿真平台,根据算法仿真结果分析了现有典型算法的优缺点。考虑子载波信道差异的现有相关自适应资源分配算法频率资源最小分配单位为一个子载波,由于分配过程中循环迭代次数较多,算法运算量很大,因此,为了降低分配方案运算量,提出一种资源单位(Resource Unit, RU)组建模式,一个RU包含多个子载波信道,使频率资源最小分配单位为一个RU。基于该RU组建模式,提出适用于OFDMA-MIMO多跳中继系统下行链路的资源分配方案,包括基于RU组建的基站(Base Station, BS)集中式分配和基于RU组建的中继站(Relay Station, RS)辅助式分配,方案在保证非实时用户速率成比例公平性和BS/RS站点发射总功率受限的条件下,尽量提升系统吞吐量系能。通过分析和仿真验证,基于RU组建的分配算法粗化了资源分配的最小单位,与以单子载波为单位的分配算法相比,减少了分配算法的运算量,但是系统吞吐量性能有所降低;所提出的资源分配方案能够在保证用户数据速率比例公平、系统吞吐量性能和算法运算量之间取得良好的折中。
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