LTE/LTE-A系统中的无线资源管理算法研究

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LTE/LTE-Advanced作为3G系统的进一步演进,近年来受到了学术界和产业界的广泛关注。移动通信系统发展的目标是为用户提供更高的数据速率,为网络提供更好的覆盖,更大的容量。为了达到更高的传输速率,一方面,LTE/LTE-Advanced系统在以MIMO-OFDMA为基础的同时采用了许多新的技术。另一方面,如何在有限的资源以及已有技术基础上提高资源的利用率,即如何进行高效的无线资源管理也成为影响系统性能的一个关键。本文主要对TD-LTE/TD-LTE-Advanced系统中的无线资源管理算法进行研究,主要包括以下几个方面:1)LTE系统中需要支持多种业务,不同的业务有不同的服务质量(QoS)要求。如何保障不同业务的QoS需求,是LTE系统中一个非常关键的问题。本文首先建立了一种考虑业务QoS的无线资源分配模型,然后基于效用函数,提出了一种次优的多维无线资源分配方案。方案中考虑了时频资源分配、接纳控制和负载控制,通过针对不同业务类型定义不同的用户满意度函数,根据不同满意度对用户进行分类,不同类别的用户集合采用相应的资源分配策略的方法,该方案能够在系统吞吐量性能差别不大的前提下,获得更好的用户满意度性能。2)多天线自适应传输是LTE/LTE-Advanced系统中的一项关键技术。针对如何充分利用空间域的资源问题,首先,本文提出了一种单用户波束赋形(SU-BF)中的单流多流自适应方案,方案中通过将SVD分解求特征值的问题转化为一个一元多次方程求根的问题,在一定程度上降低了计算复杂度,并且考虑了多流之间的干扰,使得自适应判决更加准确。另外,设计了一种基于用户相关性判决的单用户/多用户波束赋形(SU-/MU-BF)自适应方案,该方案由于在大尺度判决的基础上也考虑了小尺度信道的变化情况,提高了自适应判决准确性,使得系统性能得到提升。3)考虑到LTE同频组网时,小区边缘用户由于所受到的干扰比较强,本文基于经典的SFR算法,提出了一种修正的SFR算法。该算法在保证小区平均性能的前提下,适当的照顾边缘用户,通过设定不同的G因子门限,在小区平均与边缘用户性能之间取得了较好的折中。因为干扰协调问题可以看作是对无线资源分配的一种限制,所以本文把它归为无线资源分配问题。4)通过传统的干扰协调技术,虽然边缘用户性能可以获得一定的提升,但往往是以牺牲小区中心用户的性能为代价的。协作式MIMO的出现,不仅能够提高边缘用户的性能,而且对小区中心用户的性能也有改善。协作式MIMO本质上属于对于空间资源的进一步发掘与利用。本文对LTE-Advanced系统中的CoMP技术的性能进行了研究。对于下行系统,通过系统级仿真比较了SU-/MU-BF自适应方案和JT-CoMP的吞吐量性能。对于上行系统,研究了一种基于用户正交性的PF调度算法,并且通过系统级仿真比较了SIMO.V-MIMO和JR-CoMP的性能。
摘要第5-7页
ABSTRACT第7-8页
符号说明第9-10页
目录第10-13页
第一章 绪论第13-29页
    1.1 移动通信系统标准演进第13-15页
    1.2 LTE/LTE-A系统概述第15-19页
        1.2.1 LTE/LTE-A网络结构第15页
        1.2.2 LTE/LTE-A物理层帧结构第15-17页
        1.2.3 LTE/LTE-A系统物理资源结构第17-18页
        1.2.4 LTE/LTE-A系统关键技术第18-19页
    1.3 LTE/LTE-A系统中的无线资源管理第19-23页
        1.3.1 考虑业务QoS的多维无线资源分配第20-21页
        1.3.2 多天线自适应传输第21-22页
        1.3.3 干扰协调第22页
        1.3.4 协作式多天线传输第22-23页
    1.4 系统级仿真与性能评估第23-24页
    1.5 论文的选题来源和创新点第24-26页
        1.5.1 博士研究生期间参加的科研项目第24页
        1.5.2 论文的主要创新点第24-26页
    1.6 论文的结构安排第26页
    参考文献第26-29页
第二章 考虑业务QOS特性的多维无线资源分配方案第29-47页
    2.1 研究背景第29-30页
    2.2 动态资源分配基本原理第30-32页
    2.3 LTE/LTE-A系统中的业务模型及QoS特性第32-35页
        2.3.1 业务模型第32-33页
        2.3.2 业务QoS描述第33-35页
    2.4 考虑业务QoS特性的多维无线资源分配方案第35-43页
        2.4.1 问题建模第35-36页
        2.4.2 理论描述第36-38页
        2.4.3 实现方案第38-41页
        2.4.4 仿真结果第41-43页
    2.5 本章小结第43-44页
    参考文献第44-47页
第三章 多天线自适应传输研究第47-75页
    3.1 研究背景第47-48页
    3.2 传输相关流程建模第48-51页
        3.2.1 CQI建模第48-49页
        3.2.2 SRS建模第49页
        3.2.3 HARQ第49-51页
    3.3 接收端检测算法第51-52页
    3.4 SU-BF单流多流自适应方案第52-62页
        3.4.1 系统模型第52页
        3.4.2 预处理算法第52-53页
        3.4.3 传统的流自适应算法第53-54页
        3.4.4 提出的流自适应算法第54-56页
        3.4.5 理论分析第56-58页
        3.4.6 仿真结果与分析第58-62页
    3.5 SU-/MU-BF自适应方案第62-72页
        3.5.1 系统模型第62-63页
        3.5.2 预处理算法第63-65页
        3.5.3 配对算法第65-66页
        3.5.4 基于相关矩阵的SU-/MU-BF自适应方案第66-67页
        3.5.5 理论分析第67-69页
        3.5.6 仿真结果与分析第69-72页
    3.6 本章小结第72页
    参考文献第72-75页
第四章 LTE系统中的干扰协调算法研究第75-91页
    4.1 研究背景第75-78页
    4.2 经典的干扰协调方案第78-84页
        4.2.1 软频率复用第78-80页
        4.2.2 部分频率复用第80-81页
        4.2.3 功率分配第81-82页
        4.2.4 自适应部分频率复用第82页
        4.2.5 协作式波束赋形第82-84页
    4.3 MSFR方案第84-85页
    4.4 仿真分析第85-89页
        4.4.1 仿真假设第85-86页
        4.4.2 结果与分析第86-89页
    4.5 本章小结第89页
    参考文献第89-91页
第五章 LTE-A系统中的协作传输技术性能研究第91-111页
    5.1 研究背景第91-93页
    5.2 下行JT-CoMP性能研究第93-96页
        5.2.1 系统模型第93-94页
        5.2.2 协作簇划分第94-95页
        5.2.3 预处理算法第95页
        5.2.4 检测算法第95-96页
    5.3 上行JR-CoMP性能研究第96-101页
        5.3.1 系统模型第96-98页
        5.3.2 检测算法第98页
        5.3.3 调度方案第98-99页
        5.3.4 理论分析第99-101页
    5.4 仿真分析第101-107页
        5.4.1 仿真假设第101-102页
        5.4.2 下行系统仿真结果与分析第102-103页
        5.4.3 上行系统仿真结果与分析第103-107页
    5.5 本章小结第107页
    参考文献第107-111页
第六章 总结与展望第111-115页
缩略语表第115-117页
致谢第117-119页
攻读博士期间论文发表情况第119页
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