【摘要】：隨著無(wú)線蜂窩網(wǎng)絡(luò)從第一代到現(xiàn)在部分投入商用的長(zhǎng)期演進(jìn)（Long TermEvolution，LTE）系統(tǒng)的發(fā)展，人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)所提供業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量要求也不斷增加。如何在有限的頻譜資源上，為用戶(hù)提供更多高質(zhì)量業(yè)務(wù)的同時(shí)最大化系統(tǒng)頻譜效率，是未來(lái)無(wú)線寬帶蜂窩網(wǎng)絡(luò)將面臨的主要技術(shù)挑戰(zhàn)。 OFDMA可實(shí)現(xiàn)高效靈活的資源分配，并具有頻譜效率高的優(yōu)點(diǎn)，特別適合對(duì)峰均功率比要求不高的下行鏈路傳輸，，全球微波互聯(lián)接入系統(tǒng)和LTE系統(tǒng)選擇OFDMA作為物理層下行傳輸方案。單載波頻分多址（Single CarrierFrequency Division Multiple Access，SC-FDMA），可被視為帶有DFT預(yù)編碼的普通OFDMA，其峰均功率比遠(yuǎn)低于OFDMA，SC-FDMA特別適合上行鏈路傳輸，LTE將SC-FDMA作為其物理層上行傳輸方案。本文將下行采用OFDMA傳輸方案和上行采用SC-FDMA傳輸方案的單小區(qū)、單輸入、單輸出蜂窩系統(tǒng)稱(chēng)為OFDMA系統(tǒng)，本文研究工作均基于該系統(tǒng)架構(gòu)展開(kāi)。 將子信道瞬時(shí)信噪比做為信道狀態(tài)信息（Channel State Information，CSI）來(lái)指示子信道信道狀態(tài)。精確的CSI對(duì)自適應(yīng)資源分配是非常重要的。在實(shí)際系統(tǒng)中，由于導(dǎo)頻開(kāi)銷(xiāo)限制等原因，使得必然存在信道估計(jì)誤差；從信道估計(jì)時(shí)刻到發(fā)送端采用基于CSI確定的資源分配方案進(jìn)行傳輸有一定延時(shí)，稱(chēng)此延時(shí)為CSI延時(shí)，CSI延時(shí)期間的信道變化會(huì)導(dǎo)致CSI不準(zhǔn)確；在FDD系統(tǒng)中，用戶(hù)將CSI進(jìn)行數(shù)字化后通過(guò)反饋信道發(fā)送到基站，因此存在量化誤差和CSI反饋誤碼。綜上所述，基站得到的CSI總是不準(zhǔn)確的，本文將基站得到的用戶(hù)子信道信噪比估計(jì)值，稱(chēng)為非理想信道狀態(tài)信息（Imperfect Channel StateInformation，ICSI）。在實(shí)際系統(tǒng)中，在假設(shè)CSI準(zhǔn)確的情況下進(jìn)行資源分配，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)性能的下降。ICSI估計(jì)精度對(duì)系統(tǒng)性能有很大影響，研究如何設(shè)計(jì)能自適應(yīng)ICSI估計(jì)精度變化的資源分配算法在保證用戶(hù)服務(wù)質(zhì)量的同時(shí)最大化系統(tǒng)頻譜效率是非常必要的。 針對(duì)上述問(wèn)題，本文以無(wú)線信道衰落統(tǒng)計(jì)特性為切入點(diǎn)，分別在OFDMA-TDD系統(tǒng)下行、OFDMA-FDD系統(tǒng)下行以及OFDMA系統(tǒng)上行鏈路三種場(chǎng)景下，對(duì)基于ICSI的針對(duì)非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的資源分配問(wèn)題進(jìn)行研究，并得到了一些具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的方法。本文主要研究如下三個(gè)問(wèn)題： 第一，對(duì)于TDD系統(tǒng)下行鏈路，針對(duì)在滿(mǎn)足用戶(hù)帶寬需求和平均誤比特率上限要求條件下最大化鏈路頻譜效率問(wèn)題，提出了基于用戶(hù)帶寬需求的TDD下行資源分配算法。引入用戶(hù)權(quán)值，提出了滿(mǎn)足用戶(hù)帶寬需求的子信道分配策略，據(jù)此推導(dǎo)出了關(guān)于信道估計(jì)誤差和CSI延時(shí)的用戶(hù)平均誤比特率表達(dá)式，將上述問(wèn)題分解為子信道分配和平均誤比特率約束下調(diào)制方式切換閾值最優(yōu)化兩個(gè)問(wèn)題。利用拉格朗日乘數(shù)法將此J1維的調(diào)制方式切換閾值最優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一維優(yōu)化問(wèn)題，證明了最優(yōu)解必在平均誤比特率約束條件的邊界上取得，從而得到了該問(wèn)題的最優(yōu)解。該算法不僅可滿(mǎn)足用戶(hù)不同的帶寬接入需求，還能在滿(mǎn)足用戶(hù)平均誤比特率上限要求條件下，自適應(yīng)ICSI估計(jì)精度的變化，給出與之對(duì)應(yīng)的最優(yōu)調(diào)制方式切換閾值，最大化鏈路頻譜效率。因給出了用戶(hù)平均誤比特率表達(dá)式，該算法無(wú)需迭代，可方便地應(yīng)用到實(shí)際TDD系統(tǒng)中。 第二，對(duì)于FDD系統(tǒng)下行鏈路，針對(duì)資源分配問(wèn)題（同上），提出了基于用戶(hù)帶寬需求的FDD下行資源分配算法。提出了滿(mǎn)足用戶(hù)帶寬需求的子信道分配策略，據(jù)此推導(dǎo)出了關(guān)于信道估計(jì)誤差、CSI延時(shí)、量化比特?cái)?shù)和反饋信道BER的用戶(hù)平均誤比特率表達(dá)式。根據(jù)該表達(dá)式，將上述問(wèn)題分解為子信道分配和平均誤比特率約束下調(diào)制方案最優(yōu)化兩個(gè)問(wèn)題。針對(duì)平均誤比特率約束下調(diào)制方案最優(yōu)化問(wèn)題，提出了最優(yōu)調(diào)制方案可行搜索算法。提出的基于用戶(hù)帶寬需求的FDD下行資源分配算法不僅可滿(mǎn)足用戶(hù)不同帶寬需求，還能在滿(mǎn)足用戶(hù)平均誤比特率上限要求條件下自適應(yīng)ICSI估計(jì)精度的變化，給出與之對(duì)應(yīng)的最優(yōu)調(diào)制方案，最大化鏈路頻譜效率。此外，由于同樣獲得了關(guān)于ICSI估計(jì)精度參數(shù)的用戶(hù)平均誤比特率表達(dá)式，該算法可方便地應(yīng)用到實(shí)際FDD系統(tǒng)中。 第三，對(duì)于上行鏈路，F(xiàn)DD和TDD系統(tǒng)獲取ICSI的方式相同，所提算法對(duì)兩種系統(tǒng)都適用。針對(duì)最大化用戶(hù)吞吐量問(wèn)題，提出一種子信道速率分配算法。推導(dǎo)出了用戶(hù)占用子信道信噪比平均值的條件概率密度函數(shù)，據(jù)此給出了關(guān)于信道估計(jì)誤差和CSI延時(shí)的用戶(hù)吞吐量表達(dá)式，從而得到了最優(yōu)的子信道速率分配方案。該算法能自適應(yīng)ICSI估計(jì)精度的變化，給出與之對(duì)應(yīng)的最優(yōu)的速率分配方案，最大化用戶(hù)吞吐量。因獲得了關(guān)于信道估計(jì)誤差和CSI延時(shí)的用戶(hù)吞吐量的表達(dá)式，本算法可方便地應(yīng)用到實(shí)際上行鏈路系統(tǒng)中。
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【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TN929.5

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 屈春河;楊景;張國(guó)清;;一種針對(duì)協(xié)作分集的分布式功率分配算法[J];電子學(xué)報(bào);2010年01期

2 李巨虎;陳鵬;賀志強(qiáng);吳偉陵;;雙選擇瑞利信道MIMO-OFDM存在信道估計(jì)誤差分析[J];北京郵電大學(xué)學(xué)報(bào);2012年01期

本文編號(hào)：2436770