空地ofdma系统资源分配算法地研究及fpga实现

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1、ResourceAllocationAlgorithmResearchforAir-GroundOFDMASystemandFPGAImplementationADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterOnCommunicationandInformationSystembyFangMengxuUndertheSupervisionofSongGaojunSchoolofInformationEngineeringNanchangHangkongUniv

2、ersity,Nanchang,ChinaJune,2012南昌航空大学硕士学位论文摘要摘要空地通信系统是指利用高空通信平台进行直接或者中继转发通信的通信系统。这种系统在一些特殊环境下或者特殊领域内具有重要的应用。正交频分复用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,OFDM)调制技术具有很多优点，如可以显著提高频谱利用率、抗多径干扰、抗频率选择性衰落等。将基于OFDM技术的正交频分复用多址(OrthogonalFrequencyDivisionMulti

3、plexingAccess,OFDMA)接入技术应用于空地通信系统中，将会大幅度提高系统容量以及用户的服务质量(qualityofservice,QoS)。另外，应用了OFDMA接入技术的系统可以更加灵活地选用合适的算法进行资源的优化分配，会更进一步提高系统的性能。因此对于OFDMA系统的自适应资源分配算法的研究一直是通信领域中研究的热点问题。论文首先介绍了空地通信系统的信道特点，通过对一个多用户网络的建模分析，构架了系统的资源分配模型。在此基础上提出了两种改进的资源分配方案。根据系统模型得到系

4、统用户的信道状态信息(ChannelStateInformation,CSI)作为资源分配模型的输入。第一种方案是基于遗传算法的，该算法是在标准遗传算法的基础上，加入了精英个体保留策略用以提高算法的收敛性，同时针对用户间的比例公平性，又加入了保持比例公平的策略。第二种方案是基于注水算法的，其基本思想是先采用比例公平策略进行子载波分配，然后单独在每一个用户所拥有的子载波上用注水算法进行功率分配，从而最大化系统容量。最后使用MATLAB软件给出了仿真结果，并与运用标准遗传算法仿真的结果进行了比较分析

5、。接下来，我们利用FPGA对标准遗传算法(SGA)进行模块化设计与实现。首先以设计中所用到的AlteraCycloneIII系列的芯片为例，介绍了FPGA的内部结构以及基本设计流程，以及算法实现的软硬件环境，软件采用的是Altera公司的集成开发软件QuartusII，开发板采用杭州康芯科技公司的SOC/家庭实验KX_7C系列的实验开发系统；然后对SGA进行了模块划分，这些模块包括适应度计算模块、控制模块、种群初始化模块、选择模块、交叉变异模块、数据通路选择模块、随机数生成模块以及存储器模块等，

6、随后对各个模块进行了设计实现，并进行了功能和时序仿真；最后将设计好的顶层模块下载到了AlteraCycloneIII系列的芯片中，在开发板上进行了硬件调试，运行出了结果，并对结果进行了分析。关键字：OFDMA，自适应资源分配、遗传算法，注水算法，FPGAI南昌航空大学硕士学位论文英文摘要AbstractTheair-groundcommunicationsystemsaresomecommunicationstotheuseofhigh-altitudecommunicationsplatfor

7、mdirectlyorrelayforwardcommunicationsystems.Suchsystemshaveimportantapplicationsinsomespecialcircumstancesorspecialareas.Orthogonalfrequencydivisionmultiplexing(OFDM)techniquehasmanyadvantages,suchashighspectrumefficiency,resistancetomultipathinterfe

8、renceandfrequencyselectivefading,etc.Orthogonalfrequencydivisionmultiplexingmultipleaccess(OFDMA)technologybasedonOFDMtechnologywasusedinair-groundcommunicationsystems,itwillgreatlyimprovethesystemcapacityanduserqualityofservice.Inaddition,theapplica