OFDMA系統(tǒng)小區(qū)間干擾消除與資源分配算法研究.pdf

1、無線網(wǎng)絡(luò)期望能夠支持更為廣泛的通信服務(wù)，如語音，視頻和多媒體服務(wù)等。然而，無線通信環(huán)境中，信道的時(shí)變性和無線資源的匱乏，如功率和寬帶，對(duì)可靠通信提出了挑戰(zhàn)。解決無線通信瓶頸問題的關(guān)鍵是提高無線頻譜資源利用的有效性，即在滿足服務(wù)質(zhì)量的前提下，最大限度地提高頻譜效率及系統(tǒng)容量。隨著寬帶蜂窩系統(tǒng)的發(fā)展，全球微波互聯(lián)接入(WiMAX, Worldwide interoperability for Microwave Access)系統(tǒng)和第三代合

2、作伙伴計(jì)劃(3GPP,3rd Generation Partnership Project)的長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE, Long Term Evolution)系統(tǒng)，都選擇了OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)作為其物理層接入技術(shù)，為多用戶系統(tǒng)提供高頻譜效率。但是，對(duì)有限的無線資源進(jìn)行有效地分配來滿足用戶的多樣化服務(wù)要求面臨很多技術(shù)挑戰(zhàn)，其中首要的就是資源分配問題。一方面，多

3、小區(qū)的OFDMA系統(tǒng)相比于碼分多址(CDMA, Code Division Multiple Access)系統(tǒng)，小區(qū)間干擾更為嚴(yán)重。另一方面，由于OFDMA系統(tǒng)的自身特點(diǎn)又使得該系統(tǒng)的資源分配需要特殊的考慮。因此，研究OFDMA系統(tǒng)的小區(qū)間干擾消除和高效的資源分配算法，提高系統(tǒng)頻譜效率是一項(xiàng)重要的研究課題。
　　目前，對(duì)于OFDMA系統(tǒng)資源分配的研究主要集中在單小區(qū)以及下行鏈路上。然而，現(xiàn)有的資源分配算法往往無法從單小區(qū)簡(jiǎn)單地?cái)U(kuò)

4、展到多小區(qū)，同時(shí)，單小區(qū)的資源分配的各種算法在用戶的公平性上仍然有許多需要改進(jìn)的地方。在分析國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，本文對(duì)OFDMA系統(tǒng)的資源分配方法進(jìn)行了深入研究。從研究多小區(qū)子載波分配碰撞入手，著重研究了減少小區(qū)間干擾的算法，以提高無線資源的頻譜效率，同時(shí)解決了OFDMA系統(tǒng)的資源分配問題。這些工作提高了OFDMA系統(tǒng)的資源有效利用率，對(duì)未來的無線通信系統(tǒng)的資源分配，保證用戶之間的公平性，同時(shí)降低復(fù)雜度具有積極意義和參考價(jià)值。本文針對(duì)O

5、FDMA系統(tǒng)多小區(qū)的資源分配問題，主要研究了以下四個(gè)方面：
　　第一，對(duì)OFDMA系統(tǒng)多小區(qū)之間干擾消除的研究。考慮到近年來OFDMA系統(tǒng)資源分配的研究多集中于單小區(qū)，而對(duì)于多小區(qū)資源分配的研究較少這一情況，針對(duì)多小區(qū)的特點(diǎn)，研究了多小區(qū)之間的子載波分配帶來的碰撞引起的干擾。進(jìn)而，在多小區(qū)子載波分配的干擾碰撞概率分析的基礎(chǔ)上，研究了多小區(qū)之間干擾消除的方法，并通過仿真對(duì)小區(qū)間干擾消除進(jìn)行了驗(yàn)證。此外，分析了軟頻率復(fù)用對(duì)消除小區(qū)間干

6、擾，以及小區(qū)邊緣和小區(qū)中心用戶的功率分配對(duì)相應(yīng)用戶容量的影響，為后文針對(duì)這些影響提出的改善算法奠定了理論基礎(chǔ)。
　　第二，動(dòng)態(tài)小區(qū)間干擾消除算法的研究。針對(duì)OFDMA系統(tǒng)普遍存在的多小區(qū)間干擾對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能產(chǎn)生的不利影響，考慮到其它小區(qū)間干擾消除算法的不足，提出了基于軟頻率復(fù)用的最大比合并消除小區(qū)間干擾算法。首先提出了基站合作的建立過程，為實(shí)現(xiàn)最大比合并提供了可行性。然后，相鄰小區(qū)邊緣用戶使用相同的子載波，在小區(qū)負(fù)載低的情況下，采用軟

7、頻率復(fù)用技術(shù)，減少小區(qū)間干擾，在負(fù)載高的情況下，利用最大比合并技術(shù)改善小區(qū)邊緣用戶的性能。所提基于軟頻率復(fù)用的最大比合并算法，不僅算法的復(fù)雜度低，而且利用了小區(qū)間的干擾，通過改善小區(qū)邊緣用戶的性能，來提高整個(gè)系統(tǒng)頻譜效率。
　　第三，低復(fù)雜度的OFDMA資源分配算法的研究。鑒于現(xiàn)有的子載波和功率分配算法復(fù)雜高、公平性較差的情況，提出了低復(fù)雜度的資源分配算法。在子載波分配過程中考慮用戶的公平性，每個(gè)用戶首先選擇一個(gè)具有最大信道增益的

8、子載波，直到所有的用戶選擇完第一個(gè)子載波后才進(jìn)行下一個(gè)子載波的選取?；谏厦娴淖虞d波分配，提出一種混合功率分配算法(HPD, Hybrid Power Distribution)，在小區(qū)邊緣使用注水功率分配，由于信道增益的降序排列，減少迭代次數(shù)；而在小區(qū)中心使用等功率分配，無需迭代運(yùn)算。該算法與整個(gè)小區(qū)采用注水算法相比，有效地降低了復(fù)雜度，與等功率分配相比，尤其是對(duì)于小區(qū)邊緣的用戶，容量得到了提高。
　　第四，減少上行信道質(zhì)量信息

9、(CQI, Channel Quality Information)反饋算法的研究。針對(duì)目前上行信道信息的反饋量大和公平性欠佳的問題，提出了減少上行反饋的資源分配算法。該算法在高信噪比下，小區(qū)中心的用戶不需要反饋CQI，而在低信噪比的小區(qū)邊緣，當(dāng)用戶量小時(shí)，采用1bit反饋，當(dāng)用戶量大時(shí)，采用基于門限的Best-M反饋方案。同時(shí)，根據(jù)Best-M反饋方案，提出了對(duì)第一個(gè)用戶優(yōu)先選擇方案。所提算法，在保證資源分配必要的反饋信息的前提下，對(duì)