多天线多用户下行系统中跨层资源分配方法的研究

摘要

未来的无线通信需要为用户提供高速、高质量的多媒体业务，如语音，视频流，视频会议和Intemet等，不同的多媒体业务有不同的服务质量要求，如何保证用户的服务质量是未来无线网络设计的一个重要研究方面。资源分配是保证用户服务质量的一个有效途径。另外，多天线技术由于其能达到很好的频谱利用率而备受关注。本文研究了多天线多用户下行系统中的跨层资源分配算法，研究的内容包括基于服务质量保证的跨层资源分配算法和基于效用函数的资源分配算法。 本文首先回顾了无线通信的发展趋势以及其面临的挑战，并介绍了目前无线通信领域研究的热点技术，包括多天线技术、多载波技术和动态资源分配技术。以实现系统资源的有效利用和保证用户的服务质量为目标，本文讨论了经典的几类调度算法：机会调度、基于公平性的调度、基于效用函数的调度和适合于有线网的调度方法，并分析了了各类算法的优缺点。 在多天线多用户系统中，通过采用调度加波束成型的方式能获得很高的系统容量。通过选择当前信道质量较好的用户传输可以提高系统资源利用率，但这种调度方法一般假设系统中只有尽力型业务用户。当系统中多种业务共存时，调度算法需要保证这些业务的服务质量。针对系统中存在时延敏感类业务和非时延敏感类业务两类业务，本文提出了一种基于服务质量保证的跨层资源分配算法。通过引入一个新的参数，基于服务质量保证的跨层资源分配算法有效刻画了用户的服务状态信息，能在达到低的丢包率的同时获得高的传输速率。本文提出的基于服务质量保证的跨层资源分配算法在保证用户服务质量和有效利用系统资源之间取得了很好的折中。 利用效用函数理论，针对系统中存在语音业务、视频业务、非实时业务和尽力型业务，本文提出了基于效用函数最大化的调度策略。本文针对以上四种业务设计了四种不同的效用函数的导数。经过分析发现，当我们采用基于时延或吞吐率的效用函数时，最大化用户的效用函数等效于最大化效用函数的导数与用户传输速率的乘积。针对多用户MIMO-OFDM下行系统，本文提出了一种最大化效用函数的资源分配算法，其中包括两个步骤，联合地天线和子载波分配和基于效用函数的功率分配方法。仿真结果表明本文提出的基于效用函数最大化的方法能根据系统中不同的负载情况动态地在各类业务之间分配资源，能在很好地保证各类业务的服务质量的同时，实现对系统资源的有效利用。

目录

文摘

英文文摘

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第1章 引言

1.1技术背景

1.1.1多天线技术

1.1.2多载波技术

1.1.3动态资源分配

1.2本文的内容安排

第2章 几类典型的调度算法

2.1机会调度

2.2基于公平性的调度

2.3基于效用函数的调度

2.4有线网中基于服务质量保证的调度算法

2.5跨层调度

第3章 多天线系统中基于服务质量保证的跨层资源分配

3.1系统模型

3.1.1 空分多址技术

3.1.2 系统结构

3.2开拓多用户分集的多用户调度

3.3基于服务质量保证的跨层资源分配

3.3.1 确定功率分配下的用户调度问题

3.3.2 确定用户调度下的功率分配问题

3.3.3仿真结果

第4章 多用户MIMO-OFDM系统中基于效用函数的资源分配

4.1 MIMO-OFDM系统模型

4.2服务质量结构

4.2.1 与时延相关的效用函数

4.2.2 与吞吐率有关的效用函数

4.2.3 与传输速率有关的效用函数

4.3效用函数的设计

4.4 多用户MIMO-OFDM中多业务的资源分配

4.4.1 联合天线和子载波分配

4.4.2 基于效用函数的功率分配

4.4.3仿真结果

第5章结束语

参考文献

研究生阶段完成的论文和科研情况

致谢