ofdma中繼無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)資源分配算法研究

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1、OFDMA中繼無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)資源分配算法研究第1章緒論1.1引言近幾十年來(lái)全球信息技術(shù)得到了飛速的發(fā)展,目前我們正處于無(wú)線數(shù)據(jù)應(yīng)用革命的開始,因特網(wǎng)技術(shù)及其服務(wù)業(yè)務(wù)的出現(xiàn)構(gòu)成了現(xiàn)在的全球信息網(wǎng)絡(luò)。因特網(wǎng)提供了電子郵件、社交網(wǎng)絡(luò)、電子商務(wù)以及游戲娛樂(lè)等大量服務(wù)。尤其是隨著移動(dòng)電子設(shè)備,如智能手機(jī)、平板電腦的快速發(fā)展,人們使用因特網(wǎng)的方式也從有線連接逐漸向無(wú)線連接發(fā)展。短短的十幾年間無(wú)線網(wǎng)絡(luò)也經(jīng)歷了從第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)(2G)到第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)(3G)的完美過(guò)渡,3G技術(shù)的成熟及應(yīng)用展現(xiàn)了無(wú)線技術(shù)的無(wú)限可

2、能。無(wú)線寬帶連接不僅能夠提高上網(wǎng)和下載的速度,還能提供豐富的多媒體應(yīng)用,如音視頻流,多媒體會(huì)議等。使用過(guò)因特網(wǎng)業(yè)務(wù)的人都能感受到它強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和豐富的信息資源所帶來(lái)的全新體驗(yàn),同時(shí)也渴望能夠享受更快速和便捷的網(wǎng)絡(luò)服務(wù),因此,如何為用戶提供高效的寬帶體驗(yàn)將是無(wú)線通信技術(shù)研究的新領(lǐng)域【l】。目前應(yīng)用的3G系統(tǒng)采用碼分多址(CodeDivisionMultiplexingAccess,CDMA)和時(shí)分多址TimeDivisionMultiplexingAccess,TDMA)技術(shù),提供了比2G系統(tǒng)更高的數(shù)

3、據(jù)速率,大大提高了語(yǔ)音容量,并支持包括多媒體在內(nèi)的高級(jí)業(yè)務(wù)和應(yīng)用。但是,CDMA需要巨大的帶寬來(lái)獲得有用的擴(kuò)頻值,因此它并不能勝任高速應(yīng)用。隨著移動(dòng)用戶數(shù)量的逐漸增多以及無(wú)線應(yīng)用的不斷更新,3G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不能滿足日益增長(zhǎng)的寬帶服務(wù)需求,人們的研究開始向超3G、以及3G長(zhǎng)期演進(jìn)(LongTermEvolution,WE)等更先進(jìn)的無(wú)線技術(shù)領(lǐng)域擴(kuò)展,這也迫使新的頻分復(fù)用技術(shù)的出現(xiàn)一一正交頻分復(fù)用技術(shù)(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,OFDM)。2009年,隨著

4、3GPPRelease8LTE/SAE規(guī)范的完成,世界各地的移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商開始計(jì)劃其向3G網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)期演進(jìn)的下一步,其主要的標(biāo)準(zhǔn)均采用正交頻分復(fù)用多址接入(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexingAccess,OFDMA)技術(shù),保證在IOMHz信道帶寬條件下,利用64QAM或16QAM數(shù)據(jù)調(diào)制能達(dá)到峰值上行75Mbps的數(shù)據(jù)速率,并且其較低的時(shí)延特性大大提高了VolP、游戲等其他實(shí)時(shí)應(yīng)用的體驗(yàn)質(zhì)量,因此,對(duì)OFDMA相關(guān)技術(shù)的進(jìn)一步探討與研究有著十分重大的意義。第1章緒論

5、1.2OFDMA的發(fā)展與優(yōu)點(diǎn)無(wú)線信道中的多徑產(chǎn)生的符號(hào)干擾是影響其高速率傳輸?shù)闹饕魬?zhàn)。OFDM技術(shù)能將給定的高比特?cái)?shù)據(jù)流劃分成并行的低比特?cái)?shù)據(jù)流,并且對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)流進(jìn)行獨(dú)立的載波調(diào)制,這些也被稱為子載波的載波在符號(hào)的持續(xù)時(shí)間內(nèi)彼此正交,從而能夠克服符號(hào)間的干擾(ISl)。除此之外,OFDM可以很容易的用快速傅里葉變換/快速傅里葉逆變換(FastFourierTransform/InverseFastFourierTransform,F(xiàn)FT/IFFT)實(shí)現(xiàn),能夠降低計(jì)算復(fù)雜度,并且可以根據(jù)用戶的信道條件

6、,將不同的子載波分配給不同的用戶,從而形成了高效的多址接入方案。該方案被稱為正交頻分復(fù)用多址接入(OFDMA),它提供了精細(xì)的信道分配能力,可以大幅度提高系統(tǒng)容量,并且能自由的在時(shí)間和頻率上進(jìn)行資源配置。正是由于OFDMA優(yōu)越的抗頻率選擇性衰落特性,使它成為下一代無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)調(diào)制和多址接入的關(guān)鍵技術(shù)【21。假設(shè)用戶的信道為不相關(guān)衰落信道,則有可能用某種方式對(duì)具有不同需求的用戶進(jìn)行子載波分配,這種調(diào)度方式要求把傳輸功率集中在信道較好的用戶上,從而達(dá)到提高系統(tǒng)總?cè)萘康哪康?。由于無(wú)線信道的廣播特性,使得節(jié)點(diǎn)

7、之間能夠相互幫助,從而進(jìn)行分布式的通信。由此出現(xiàn)了中繼的思想,其目的是通過(guò)采用一種新技術(shù),以提高系統(tǒng)容量、傳輸速率和系統(tǒng)性能【3J。在無(wú)線通信系統(tǒng)中,由于存在天線的尺寸及費(fèi)用等限制因素,終端一般不可能安裝多個(gè)天線,因此,具有協(xié)作功能的中繼通信也被認(rèn)為是一種能有效實(shí)現(xiàn)空間分集的方法【4枷。隨著中繼技術(shù)在信息論方面取得突破,21世紀(jì)初,中繼通信再次受到了研究者的廣泛關(guān)注,Laneman提出并分析了四種中繼系統(tǒng)的常用協(xié)議,包括放大轉(zhuǎn)發(fā)(Amplify.a(chǎn)nd.Forward,AF)、解碼轉(zhuǎn)發(fā)((Decode

8、.a(chǎn)nd.Forward,DF)、選擇性中繼和增量中繼等17j。有關(guān)中繼技術(shù)的主要思想和技術(shù)將在第二章中進(jìn)行介紹。為了滿足任意的吞吐量和提高系統(tǒng)總?cè)萘?,OFDMA標(biāo)準(zhǔn)支持基于信道狀態(tài)信息(ChannelStateInformation,CSI)的動(dòng)態(tài)資源調(diào)度,因此促進(jìn)了很多動(dòng)態(tài)資源配置算法的出現(xiàn),該領(lǐng)域也逐漸成為學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)。中繼網(wǎng)絡(luò)能獲得更大的系統(tǒng)增益,能有效解決長(zhǎng)距離傳輸?shù)穆窂綋p耗與衰落問(wèn)題,但同時(shí)也增加了系統(tǒng)復(fù)雜性和研究難度。利用傳統(tǒng)的啟發(fā)式算

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