ofdm系统中的资源管理

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1、第l章绪论第1章绪论1．1OFDM技术及资源管理的重要性正交频分复用(OFDM，OnhogonalFrequencyDivisionMultiplexing)是一种特殊的多载波传输方案，它把高速的数据流进行串并转换再分配到若干个相互正交的子载波上传输。调制后的频谱可以相互重叠，这样不但减少了子信道之间的相互干扰，频谱利用率也得到了极大的提高。每个子信道的信号带宽小于信号的相关带宽，所以每个子信道可以看成平坦性衰落，从而消除了符号间干扰。相比于单载波系统，OFDM系统能够很好的对抗频率选择性衰落和窄带干扰。正是由于这些技术上的优势以及成本低等特点，OFDM技术越来越受到

2、人们的关注。近10年来，OFDM已经在无线通信领域中得到了广泛的应用，例如：无线本地环路(WLL，WirelessLocalLoop)、无线局域网(wLAN，WirelessLocalAreaNe铆ork)、宽带无线接入(BwA，BroadbandwirelessAccess)等，3G的CDMA也开始引入OFDM技术思想以提升其性能。从技术层面来看，第四代移动通信系统有望以OFDM为核心技术。在多用户OFDM系统中，如何更有效的管理无线资源对于满足不同阶层用户的需求是十分重要的。资源管理策略应致力于在满足了所有用户的QoS(QualityofSen，ice)需求的基础

3、上，尽量提升系统性能，如最小化系统功率、最大化吞吐量或者提高公平性等。其中尤其要注意对一些特殊情况的处理，譬如怎样满足QoS较高而信道相对较差的用广等。从信道角度来看，现实中的无线信道大都是非平坦的，具有频率选择性。在一个多用户的OFDM系统中，用户可能在某些子载波上处于深衰落，而在另外一些子载波上有很好的信道增益。而某个子载波上的所有用户都处于深衰落几乎是不可能的，因为不同用户的衰落参数相互独立。很自然的可以想到在媒体控制层利用物理层包含的瞬时信道情况来自适应的分配子载波，这样能够更加有效的利用所有子载波资源。自适应子载波分配的作用是根据每个用户要求的数据速率和在用

4、户端观察到的各个子载波的信道状况来决定该用户能够使用的子载波。这样可以充分利用不同地点的用户之间的信道分集特性，称之为多用户分集，它源于不同用户之间独立的路径损耗和衰落特性。l第l章绪论自适应比特分配是将每个用户的数据比特按照信道情况分配到相应的子载波上。信道情况较好的子载波被分配给较多的比特并映射到一个大的信号星座上，以便充分利用高质量的子载波；而信道情况较差的子载波则被分配给少量的比特甚至不分配比特，利用低阶调制对于噪声及干扰的健壮性来降低整个系统的误比特率。自适应功率分配与自适应比特分配有密切的联系。对于被分配了较多比特数的高质量子载波，较大的信号星座意味着较多

5、的发射功率的投入，以保证用户端达到一定的信噪比。在无线资源有限的情况下，可以看出资源管理问题，即如何有效的分配子载波、比特和功率，对满足不同用户的QoS需求并提高OFDM系统的整体性能是极为关键的。1．2资源管理问题的研究现状如今资源管理问题按照目标函数的不同可分为以下几类：余量自适应(MA，MarginAdaptiVe)、速率自适应(RA，RateAdaptive)、公平性(Faimess)准则和效用函数(Utility)等。之后我们将对这些问题做详细的说明，并阐述每个问题的研究现状。这里我们先给出一个下行多用户OFDM系统的框图，如图1．1所示。该系统中有K个用户

6、和Ⅳ个子载波。每个子载波的带宽是w。不允许多个用户共享一个子载波。每个用户通过一个专用信道反馈当前的瞬时信道信息给基站端，用于决定当前的资源分配方案(假设反馈足无时延和误差的【11)。定义砌为子载波分配的指示变量，即如果子载波J被分配给用户i，则p玎=l，反之则肋=O。用户{在子载波歹上的信噪比(sNR，signaltoNoiseRatio)为％=磁／％，其中皿J是信道增益，Mj为噪声功率谱密度。用户i在子载波歹上的速率和发射功率分别表示为n，和A，。根据香农公式可以得出：％：Ⅳ109(1+华)．(1．1)其中I、=一ln(5BER)／1．5为满足误码率BER所需要的

7、SNR【21。这里，r也被称为“SNRGap”，是一个起调谐作用的参数。对传输理想的6个比特，不同的r值会产生不同的昂／Ⅳ0比值。这是因为r直接影响能量表中值的计算，因此调整该值能够使得系统的BER特征化。也可以对r理解如下：输入功率为尸时系统实际可2第l章绪论图1．1：下行多用户OFDM系统框图实现的最大速率尺等于输入功率为尸／r时同一信道的信道容量。显然，用户i的速率表示为：(1．2)1．2．1余量自适应余量自适应(MA，MarginAdaptive)优化，是指在满足每个用户速率和误码率要求的情况下，使系统的总发射功率最小。假定单边带噪声的功率谱