多用户OFDMA系统资源分配算法研究

发布时间：2018-03-15 11:50

本文选题：OFDMA　切入点：资源分配　出处：《中国计量学院》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：未来无线通信业务要求系统能具有高质量高速率的数据传输能力,而无线频谱资源却极为紧缺。系统要保证可靠高质的服务,频谱资源利用程度提高的必要性变得尤为突出。正交频分多址接入(OFDMA)一些特性使得它成为第四代通信系统的关键技术,如:在对抗频率选择性衰落上突出表现,在频谱利用率上较以往的系统有较大提高。OFDMA通过采用正交频分复用的方式,各个子载波相互间是正交互不干扰的,这使得OFDMA资源分配较以往的方式变得更为灵活。在资源分配上与以往静态的分配不同,在OFDMA系统中依据系统各个参数及要求,通过动态的资源分配,可以合理的分配系统资源使得系统在优化目标上的性能有较大的提升。多用户OFDMA系统的资源分配优化目标是提升频谱效率方面的性能,在限制条件方面有诸如总功率限制以及用户速率上的限制等。资源分配算法依据用户信道信息以及用户业务要求,将子载波资源分配给相应的用户并给子载波分配一定的功率资源。从而使得在系统约束条件保证的情况,提升系统在优化目标上的性能。本文针对OFDMA系统在频谱效率与用户公平性两个方面的性能进行资源分配的优化。通过改进以往考虑公平性约束条件资源分配算法的不足,并加入新颖的资源分配方案,提出了基于子载波权衡的资源分配算法与公平性阈值资源分配算法。两种算法的核心思想以及系统性能表述如下。在考虑用户速率限制条件的算法中,比例公平性算法通过引入比例公平性的约束,使得各个用户的速率要求能够得到充分的保证。在资源分配的过程中寻找当前公平性最差的用户,将其确定为此次需分配资源的用户,给其分配子载波。从而使得各个用户的速率比与系统给定约束条件趋于一致。然而,该分配方案在子载波被分给最差公平性用户时,此被分配的子载波可供选择的用户只有一个,并不能使其被分配给信道增益更高的用户。为使得上述的子载波能够得到更充分的利用,本文提出了基于子载波权衡的分配算法。在将子载波分给公平性最差用户时,进行子载波权衡。将本预备分配给公平性最差用户的子载波分配给权衡用户,并从已分配给权衡该用户的子载波中取一权衡子载波重分配给公平性最差用户。依据权衡前后的信道增益的变化情况确定子载波分配。仿真结果表明,系统在用户公平性方面的表现得到了保证,在此基础之上算法减小了约为36%频谱效率的损失。在迭代注水算法中,算法在每次子载波分配时,依据注水功率算法计算当前各个子载波所获得的功率。使得资源分配过程中,用户的公平性较比例公平性算法相比有了一定的提升。然而,迭代注水算法是针对信噪比较低情况下的资源分配,系统的频谱效率更为重要。因此如何平衡系统在频谱效率和用户公平性这两个方面上的性能变得尤为关键。针对这点本文提出公平性阈值算法,在进行子载波分配时对当前用户公平性进行计算。若当前用户公平性尚未达到阈值的要求,则进行优化用户公平性的资源分配。若当前用户公平性已达到阈值要求,则进行优化频谱效率的资源分配。仿真结果表明,算法通过在资源分配中设定公平性阈值,有效调整了资源分配在频谱利用率和用户公平性上的性能。
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【学位授予单位】：中国计量学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.53

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