mimo-ofdm系統(tǒng)中的跨層資源分配算法研究

《mimo-ofdm系統(tǒng)中的跨層資源分配算法研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。

1、南京郵電人學(xué)碩上研究生學(xué)位論文第一章緒論第一章緒論1．1論文的主要背景隨著人們對(duì)數(shù)據(jù)、多媒體等業(yè)務(wù)需求的快速增長(zhǎng)，目前的窄帶無線通信系統(tǒng)和通信技術(shù)已經(jīng)難以滿足人們未來的需求。通信系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)是使人們能夠在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)都能夠及時(shí)獲得所需要的各種通信服務(wù)。下一代的無線通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)速率將會(huì)達(dá)到100Mbps以上，系統(tǒng)帶寬從現(xiàn)在的幾兆提高到幾十兆甚至上百兆。在業(yè)務(wù)類型方面，不僅要求能傳輸語音，還要求能夠提供傳真、數(shù)據(jù)、視頻，以及Intemet接入等綜合多媒體業(yè)務(wù)。下一代無線通信系統(tǒng)將是高速、寬帶、綜合化的通信系統(tǒng)【l】[2兒3]【4】。為了能夠?qū)崿F(xiàn)這些目標(biāo)，多項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)被研究和利

2、用，這就包括能有效克服多徑衰落且提高傳輸速率的正交頻分復(fù)用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM)技術(shù)、能有效改善系統(tǒng)性能或顯著提高系統(tǒng)容量的多輸入多輸／出(Mulfiple—InputMultiple-Output，MIMO)技術(shù)，以及可以隨著信道的變化調(diào)整系統(tǒng)傳輸參數(shù)和結(jié)構(gòu)以適應(yīng)無線環(huán)境的自適應(yīng)技術(shù)。從表面上看，MIMO．OFDM技術(shù)是引入了頻域和空域的資源，但更重要的是它擴(kuò)展了我們?cè)跓o線通信中解決問題的思路和方法。MIMO．OFDM所研究的主要問題及所提供的研究思路表現(xiàn)在：它使一個(gè)信號(hào)能夠從空、時(shí)、頻三維來進(jìn)行聯(lián)合設(shè)計(jì)，這

3、符合無線信道在空、時(shí)、頻三個(gè)維度上呈現(xiàn)不同特性的事實(shí)。因此基于這個(gè)原理可以加載很多關(guān)鍵技術(shù)和算法，能更好地保證系統(tǒng)的有效性和可靠性。具體表現(xiàn)在：MIMO．OFDM多維信道編譯碼[5】[6】、MIMO．OFDM多維自適應(yīng)技術(shù)【7】【8】、MIMO-OFDM多維分集技術(shù)【9】【10】、MIMO-OFDM多維信道估計(jì)算法【11】、MIMO．OFDM多維同步算法【12】、MIMO．OFDM多維檢測(cè)算法【13】、MIMO—OFDM多維資源分配算法【14][15][16]，MIMO-OFDM收發(fā)兩端多維聯(lián)合優(yōu)化【17】以及多用戶MIMO—OFDM[18]等等。研究MIMO．OFDM時(shí)所產(chǎn)生的

4、新研究方法表現(xiàn)在：解決問題的手段和理論更加豐富，從一維信號(hào)到二維、三維信號(hào)，其物理模型和數(shù)學(xué)模型就有很多種表達(dá)方式，尤其是多維隨機(jī)信號(hào)處理理論、多維優(yōu)化理論、矩陣?yán)碚撘约半S機(jī)矩陣?yán)碚摰榷紝⒈桓玫貞?yīng)用，成為解決問題的重要工具。在MIMO．OFDM系統(tǒng)中，一個(gè)算法的實(shí)現(xiàn)以及性能分析都會(huì)用到多種理論工具，這就意味著雖然解決問題的模型復(fù)雜了，但多種理論工具的定理、性質(zhì)、南京郵電大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第一章緒論引理等都能夠被聯(lián)合使用，反而使問題的解決更清晰、更簡(jiǎn)單。比如，MIMO信道容量的推導(dǎo)、MIMO．OFDM信道估計(jì)、同步算法的推導(dǎo)等都大量應(yīng)用了矩陣?yán)碚摵碗S機(jī)信號(hào)處理理論，尤其在推導(dǎo)

5、閉式解的時(shí)候變得很方便；MIMO．OFDM資源分配算法則應(yīng)用到了隨機(jī)矩陣?yán)碚摵碗S機(jī)信號(hào)處理理論來分析其性能；MIMO．OFDM結(jié)合信道編碼的處理則把矩陣?yán)碚?、隨機(jī)信號(hào)處理理論和Shannon信息理論有機(jī)的結(jié)合在一起。這些就使得物理問題的分析能夠更加的深入、透徹，對(duì)得到的結(jié)果以及上下界等性能分析具有很大的指導(dǎo)意義和實(shí)踐意義。1．2課題的研究進(jìn)展本文重點(diǎn)關(guān)注的MIMO．OFDM資源分配可以分為多個(gè)方面，主要包括：子信道分配、比特分配、功率分配以及用戶分配等等。在進(jìn)行系統(tǒng)分析時(shí)我們總是將傳輸?shù)男诺绖澐譃槎鄠€(gè)平行的相互獨(dú)立的子信道，這樣使得系統(tǒng)有很大的自由度去分配系統(tǒng)資源以改善性能。另外

6、，由于不同的用戶在不同的子信道上有不同的信道狀態(tài)，所以可以將用戶調(diào)度后分配在不同的子信道上，這樣我們還可以采用如速率自適應(yīng)、動(dòng)態(tài)功率分配等方法去進(jìn)一步改善系統(tǒng)性能。當(dāng)采用速率自適應(yīng)時(shí)，我們可以對(duì)信道狀態(tài)信息較好的用戶提供更高的傳輸速率以提高系統(tǒng)的吞吐率。通過功率注水等功率分配算法，我們可以很好的去逼近系統(tǒng)的容量限，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)資源的有效利用。但這些功率分配算法也帶來了一些問題。如采用動(dòng)態(tài)資源分配算法時(shí)，系統(tǒng)會(huì)偏向于選擇信道狀態(tài)較好的用戶進(jìn)行傳輸或者為其提供更好的傳輸速率；而對(duì)子信道質(zhì)量較差的用戶，就很可能無法得到服務(wù)或者只能獲得很小的傳輸速率，這樣就會(huì)造成系統(tǒng)內(nèi)用戶的不公平。更重要

7、的是，由于未來移動(dòng)通信系統(tǒng)以為用戶提供高速的高質(zhì)量的多媒體服務(wù)為目標(biāo)，不同的多媒體業(yè)務(wù)有不同的業(yè)務(wù)需求，如傳輸速率和時(shí)延等等，如果在動(dòng)態(tài)資源分配時(shí)不考慮用戶的業(yè)務(wù)需求的話，會(huì)造成用戶服務(wù)質(zhì)量的急劇下降。要有效地保證用戶的服務(wù)質(zhì)量，需要結(jié)合物理層、鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層及其以上的多層的信息，進(jìn)行跨層的資源分配。正是基于這點(diǎn)考慮，本文研究了在多天線系統(tǒng)的環(huán)境下，如何通過用戶的動(dòng)態(tài)調(diào)度和系統(tǒng)資源的動(dòng)態(tài)分配以滿足不同的多媒體業(yè)務(wù)用戶的服務(wù)質(zhì)量需求的問題。下面從基于效用函數(shù)和HARQ兩個(gè)方面對(duì)跨層