LTE-A中OFDMA系统的资源分配算法研究

发布时间：2020-08-07 02:46

【摘要】：近几年随着LTE-A的高速发展,人们对传输速率需求日益增加,频谱资源显得日益稀缺和宝贵。但在其高速发展的同时通信系统的高能耗也迅速增加,造成了资源浪费和环境污染,影响了人类赖以生存的环境。因此,合理的资源分配以解决通信系统中的频谱资源短缺和高能耗的问题成为通信行业发展面临的双重挑战。正交频分多址接入(Orthogonal Frequency Division Multiple Access:OFDMA)作为LTE-A物理层的关键技术之一,具有较高的研究价值。本文主要在OFDMA系统中研究资源分配的问题。首先论文介绍了LTE-A网络架构的组成部分及其各自功能、无线资源管理概念和基本方法。其次主要介绍了OFDMA技术的基本原理和优缺点等内容,并详细概述了LTE-A下行传输的物理资源单元、帧结构和时隙结构。然后重点研究了OFDMA系统的资源分配内容,并对其经典算法进行了详细研究,据此提出了一种低复杂度的速率比例公平条件下的资源分配算法,相对于Shen算法而言在保证用户公平性和系统容量的前提下,降低了复杂度,应用场景更广泛。本文算法首先将严格用户速率成比例松弛为用户子载波数成比例,然后重新构建的功率分配的函数表达式,并利用子载波数成比例关系将此函数简化为线性函数,最后通过对线性函数求解得到用户所分配的功率。最后重点研究了基于能量效率的OFDMA系统资源分配内容,并提出了一种基于能量效率的用户速率比例公平资源分配算法,在保证用户公平性的同时有效提高了系统能量效率。该算法首先在各子载波等功率的假设条件下为各个用户进行子载波分配,然后求得满足速率比例公平条件下的各用户注水线间的函数关系,然后将用户和系统速率要求作为约束条件,采用二分法对函数求解得到近似最优能量效率下的用户注水线,最后根据用户注水线完成功率分配。
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.5
【图文】：

河北大学工程硕士学位论文。Fehske 等人给出了未来世界移动通信各个功能单元的能耗碳足迹，如图 1.1 所示中可以看出移动通信的碳足迹增长曲线近似是线性的，每年近似增长 11 万吨二当量（CO2e），2007 二氧化碳当量为 86 万吨，2014 年近似为 170 万吨近似为 20 2 倍，到 2020 年将为 235 万吨近似为 2007 年的 2.73 倍，资料表明这将大约是英化碳年排放量的 35%，大量的 CO2排放给环境带了严重的污染，造成了资源浪费效应。[1]为了减少移动通信行业 CO2大量排放带来的不利影响，必须提高通信系量效率，移动设备可以通过升级设备的性能达到节能减排的效果，而接入网和数部分则需要寻找更加高效的能量效率技术。

g Term Evolution Advanced：长期演进技术升级版）采用M核心技术，能显著提高频谱利用率和数据传输速率，相对于络架构能够降低延迟时间，降低用户和运营商的成本。分组系统（EPS）由演进性核心网（EPC）和无线接入网所示[21]。其中 MME/S-GW 代指核心网，eNB 节点通过接网和核心网之间通接口 S1 相连[21-23]。由 eNB 组成，eNB 负责整体网络中所有与无线相关的功理、重传协议、编码和各种天线方案等，与 3G 系统的网源管理架构，网络中节点数量减少，网络更加趋于扁平化，制（RNC）网络节点，RNC 功能被分散到了演进型 eN化了网络架构设计，减少了网络部署和后期维护成本。个 eNB，eNB 之间底层采用 IP 传输，在逻辑上通过 X2 接用于支持 UE 在整个网络内的移动性，保证用户的无缝切

物理层的 OFDMA 系统中，是 RRM 的一个重要方面，主要包括功率分配、信道分配和调度等，其核心思想是合理地分配无线资源以满足用户的需求，进而提高资源利用率。这些因素促使人们对 OFDMA 资源分配深入研究，加之无线频谱资源稀缺，使 OFDMA系统资源分配成为研究热点，因此，本文主要对其进行研究，其中研究的无线资源主要为频谱和功率。无线资源管理架构主要有两种方式：集中式管理和分布式管理。集中式管理存在一个包含多小区拓扑信息和实时资源的附加功能节点，来协助小区实现无线资源管理相关过程。而分布式管理省去了附加功能节点，无线资源管理在 eNB 上完成，eNB 之间通过 X2 接口承载无线资源管理相关的测量数据，如图 2.2 所示。由于集中式管理架构在资源管理过程中信令处理流程较复杂，且传输时延较大，因此，LTE-A 已明确采用分布式无线资源管理架构，它能够更有利缩短用户面时延，且能避免由于集中控制而出现单点故障。但是由于多媒体广播与组播方式的特点，有些情况还可能采用集中式管理架构。[21-23]

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本文编号：2783352