无线中继协作网络的资源分配研究

作     者：包晓晶 

作者单位：复旦大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王宗欣

授予年度：2010年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：协作通信 中继通信 正交频分多址接入 资源分配 中继位置 半分布式 

摘      要：随着无线移动技术的发展，无线通信系统正向高传输速率和高服务质量方向发展。从现有的第二代无线通信系统到第三代、乃至第四代无线通信系统，其无线通信系统的网络架构和传输技术都在不停地演变。作为4G通信的核心技术，正交频分多址接入(OFDMA)技术得到了广泛的研究。同时，人们提出了协同通信和中继通信技术。在一个协同通信系统中，一个用户在系统中其他用户或固定的终端的配合下进行通信。协同传输技术可以有效增加空间分集，扩大网络覆盖范围并降低终端发送功率。这种新颖的技术得到了工业界和学术界的广泛关注。 本文围绕中继传输的性能分析、中继节点位置选择和OFDMA中继小区的资源分配三个主题展开，从时间、频率、空间等多个维度研究了中继网络中的资源分配问题。 中继信道一般采用时分信道或者频分信道进行信号传输。本文从最基本的平行中继信道入手，研究了信道容量的上下限，进而将结果应用于高斯正交中继信道，从而得到高斯正交中继信道的容量上下限。并以频分信道为例，研究了频率资源分配对信道容量的影响，推导了不同情况下最优频率资源分配因子的表达式，并就中继链路状况对系统容量的影响做了分析和仿真。 通过在蜂窝小区中放置中继节点的方法来辅助通信，可以有效提高系统容量、改善传输质量、扩大小区覆盖。本文在延续已有研究结果的基础上，针对架设中继小区的两个目的——改善小区边缘用户的传输性能和扩大小区覆盖面积，分两部分研究中继节点在小区内的安放位置对性能的影响，给出了详细的系统仿真，并就实际应用的中继节点安放位置给出了合理的建议。 当中继技术和OFDMA技术结合时，蜂窝小区将能获得比现有更快的数据传输速率和更好的用户资源分配结果，因此一些相关的研究在近几年相继展开。但这些研究普遍将重心放在一些简单的架构上(比如只有一个接收端的情况),或者研究集中资源分配和控制方面。而本文则研究了多中继节点和多接收端的蜂窝小区系统的下行链路资源分配,提出了一种集中式的贪婪分配方案和一种半分布式的资源分配方案,以求达到传输速率和公平性的平衡,并对这两种资源分配方案进行了复杂度和性能等方面的比较,验证了这两种新方案能在保持较低复杂度的同时对系统资源进行有效的分配。