OFDMA下行链路系统中无线资源分配算法研究

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人们对无线通信系统性能的要求不断提升,如何高效地利用有限的无线资源以满足不断增长的用户需求,是近些年来无线通信领域研究的热点之一。近些年,高速无线数据业务的广泛应用以及无缝覆盖的要求使得能量消耗呈爆炸式增长,因此迫切需要提高无线网络的系统效率,降低能耗实现绿色运营。正交频分多址接入(Orthogonal Frequency Division Multiple Access, OFDMA)技术能够有效对抗由于多径效应等引起的频率选择性衰落,同时可以改善系统的频谱利用率,这些优点使之成为下一代移动通信标准的关键技术之一。为此,本文研究探讨了OFDMA系统中的无线资源分配问题。为了降低基于单个子载波的资源分配算法的信令开销和算法运算量,可以考虑OFDMA系统中相邻子载波的相关性,合理地把一组连续的子载波组成一个资源块,以资源块为单位进行资源分配。在现有的基于资源块的资源分配算法中,多数是让信道状况好的用户优先选择资源,这种方法会使得信道状况不好的用户分配到很少甚至分配不到任何资源,造成用户间的严重不公平。本文提出了一种以系统总功率和用户数据速率成比例公平为约束条件,并且考虑子载波上所加载比特的整数特性,以最大化系统总吞吐率为目标的基于资源块的资源分配算法。对本文所提算法的思路进行了详细的介绍,并与基于子载波分配的未考虑用户数据速率成比例公平的Jang算法,基于子载波分配的考虑用户数据速率成比例公平的Shen算法,基于资源块分配的未考虑用户数据速率成比例公平的Zhu算法进行了仿真对比分析。然后,本文从系统能效的角度出发,运用蚁群算法解决基于能效优化的功率受限和速率受限的资源分配问题。提出了运用蚁群系统(Ant Colony System, ACS)算法解决基于能效优化的功率受限的资源分配算法,以及运用蚂蚁系统(Ant System, AS)算法解决基于能效优化的速率受限的资源分配算法。ACS和AS两种算法的基本思想是模仿蚂蚁相互之间通过信息素实现通信,找寻从蚁穴到食物源的最短路径的行为。ACS针对AS在构造解过程中算法收敛速度慢的缺点进行了改进。详细介绍了本文所提算法的系统模型和算法流程,并对本文所提算法进行了仿真验证,将基于能效优化的功率受限的资源分配算法与Jang算法、WOERA算法进行性能对比分析,将基于能效优化的速率受限的资源分配算法与BAH算法进行性能对比分析。
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