中继ofdma蜂窝网络无线资源管理与 ns3仿真分析

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1、第一章绪论机制和算法以使网络获得较高的容量。1．3本文的主要工作及内容安排本文主要研究中继OFDMA网络下无线资源管理，其主要包括两部分：1)基于中继协作网络的集中式动态资源分配算法设计。通过动态分配功率和载波，使得在满足不同用户QoS需求的前提下实现系统容量最大化；2)中继协作网络的动态资源复用机制设计。通过采用图论算法实现中继小区中第二跳(RS．UE)链路的资源复用。最后我们采用NS3仿真软件评估几种不同资源分配算法下LTE网络的性能。论文的主要研究内容和结构安排如下：第一章为绪论，阐述了本课题研究的背景，国内外目前的研究现状以及本文研究内容及结构安排。第二章为中继OFDMA网络资源分

2、配模型的介绍和分析。第一节分析了中继OFDMA网络的干扰情况、中继OFDMA网络资源调度架构和模型。第二节给出了几种中继OFDMA网络下几种有代表性的资源分配的算法。第三节概括性的总结了现有资源分配研究的特点和不足。第三章提出了一种联合的载波和功率资源分配算法。在满足用户QoS的前提下，通过动态的联合分配载波和功率最大化系统吞吐量。不同于之前大多数算法先分配载波或者先分配功率，再去分配另一种资源，本文提出的算法通过对载波与功率分配结果进行迭代计算，最终达到最优解。第四章提出了一种中继OFDMA网络下的资源复用机制。考虑到中继覆盖范围小且在小区中继数目较多，本研究中通过配置层2智能中继使其发

3、射导频来协助构建全局干扰矩阵，并进一步构建干扰图。最后采用图论的方法进行求解。在此基础上进一步引入功率分配方案，提升系统性能。第五章探讨NS3网络仿真软件的使用，并用NS3仿真软件对LTE网络下的两种资源分配算法进行仿真比较。第六章在对本文工作总结的基础上，给出了未来研究的展望以及作者对于未来研究的思考，希望给读者以借鉴和启发。第二章LTE．A中继网络资源分配模型和常规算法2．1LTE．A中继网络资源分配概述2．1．1中继OFDMA小区干扰情况中继的引入增加了LTE．A小区内的发射源，并在原有BS．UE链路的基础上增加了RS-UE、BS．RS和RS．RS链路，使得LTE．A系统的干扰情况变

4、得复杂。如图2．1所示，对于RS覆盖区域附近接入BS的用户UEl，在中继对其接入用户服务时，可能对其产生同频干扰。而对于接入BS的用户UE2，由于中继位于其与BS之间，它与BS的直传链路也必然受到RS的严重干扰【6】。图2．1中继蜂窝小区干扰示意图一LTE—A小区内因用户使用正交的频率资源可以认为小区内不存在干扰。但中继的引入可视为在小区内增加新的小区，从而将小区间干扰扩展Nd,区内。如图2．2所示，BS在对其接入用户UE3服务时可能影响同一小区中RSl对UE4以及RS2对UE5的服务。这属于直连链路(BS．UE)与接入链路(RS．UE)之间的干扰。除此之外，中继的接入链路之间也存在着相互

5、干扰，如RS2对UE5服务的同时也会对其较近的UE4产生干扰。而小区间干扰依然存在。如RS2服务其接入用户时也可能对附近相邻小区用户UE6产生影响。而在同--d,区内，频率往往在小区中不同中继之间进行复用以提高资源的使用效率，这也必然加剧小区内的干扰情溯．。6中继OFDMA蜂窝网络无线资源管理及NS3图2．2中继蜂窝小区干扰示意图二2．1．2中继网络资源调度架构LTE．A系统中的eNodeB负责管理上行和下行链路信道资源调剧71。这个功能的终极目标是满足系统中尽可能多的用户期望，即满足它们各自业务的QoS需求。UEl下行业务UE2下行业务图2．3单小区蜂窝无线通信系统典型的单小区蜂窝无线通

6、信系统如图2．3所示，在小区中有Ⅳ个用户设备，其可以选择直接接入BS或者间接接入RS。每个用户中有不同的数据队列，每个队第二章LTE．A中继网络资源分配模型和常规算法列有不同的延时和速率约束。同样在基站端，eNodeB为每个用户维持数个缓冲队列，其中不同的业务队列也有不同的QoS约束。中继在系统中作为一个转发节点，转发基站到用户或者用户到基站的数据。在LTE．A系统中，总系统带宽B在频域上被划分成M个资源块。数据通常被分成持续时间T=1ms子帧的数据块。出于便于分析资源调度算法的目的，假设T比信道相干时间小，所以可以认为在每个子帧持续时间内信道是静止的。我们也假设一个资源块(ImResou

7、rceBlock)上所有子载波的信道不变化，但是频域上从一个RB到另一个RB用户的信道增益是变化的。eNodeB中资源调度的目的是为了优化一组性能度量函数，如最大平均吞吐量、最小平均时延、最小化传输功率或最大化频谱效率等等。资源分配算法也必须考虑实际的制约因素，如LTE．A上行和下行链路多址接入技术的正交设计，使得一个小区中任一子帧上只能给一个用户分配一个特定的RB或者在资源复用模型中只有干扰较小的用户才能复用同一个载波