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OFDMA是第四代(4G)移动通信系统的核心技术,其无线资源管理技术可以提高系统整体性能,并增强对多样化业务QoS的支持能力,因此,研究OFDMA通信系统的无线资源管理技术具有重要的产业价值和学术意义。
本文主要针对OFDMA系统的数据平面最优化、控制平面的接纳控制以及调度与资源分配三大无线资源管理问题展开了分析和研究。论文研究的主要内容和贡献包括:
1.研究了联合AMC、ARQ与包分割传输3种机制的OFDMA通信系统数据平面最优化问题。提出了多帧动态周期反馈算法,建立了分析此系统的马尔可夫链模型,考虑了数据到达情况、信道情况、反馈情况等因素。通过分析得到了数据包平均时延、反馈消息传输次数、平均掉包率和系统双向链路有效吞吐量等OoS性能指标。提出了在数据包平均时延和掉包率约束条件下,以最大化双向链路有效吞吐量为目标的双向链路最优化(BDLO)算法。仿真结果表明,所提山分析模型能精确预测系统性能,并且BDLO算法可以达到更高的系统有效吞吐量。
2.研究了基于连接的OFDMA通信系统控制平面的接纳控制问题。针对OFDMA系统中资源耗尽但还为被接纳而未被激活业务预留资源这一情况,提出了“借用”被接纳但是还未被激活资源的接纳控制(BAWAR-CAC)算法。该算法由新业务接纳控制算法,原有Ⅱ类业务激活算法,带宽释放处理算法和门限设置算法4个子算法组成。此外建立了使用和不使用BAWAR-CAC算法的数学分析模型,由此得到了新业务阻塞率,带宽利用率和原有Ⅱ类业务被激活的成功率等QoS性能指标。从而理论证明了借用门限的性质,并提出了借用门限的设置算法。仿真结果表明,BAWAR-CAC算法在已接纳业务的激活成功率下降不大的情况下,可以显著地降低业务阻塞率,提高带宽利用率。
3.研究了OFDMA通信系统控制平面的最优资源分配问题。建立了考虑用户业务QoS要求、用户数据到达和系统自身约束(总功率和子载波独占约束)的最优化问题。分析了不同业务的速率约束、延时约束和队列长度之间的关系,并利用对偶分解方法将原有的耦合问题分解为若干独立子问题,得到了最优资源块分配觇则与最优功率分配规则,还提出了拉格朗日乘子更新规则,并在此基础上提出了基于对偶分解(DDB),的最优资源分配算法。此外,理论证明了DDB算法得到的最优解与原问题的最优解相等。仿真结果表明,DDB算法在业务违反概率较低、公平性较好、算法复杂度略有上升的情况下,可以实现非实时业务吞吐量最大化。
4.研究了OFDMA通信系统控制平面的低复杂度调度与资源分配问题。定义了实时轮询服务、非实时轮询服务和尽力而为服务的效用函数,效用函数中综合考虑信道情况、业务QoS要求、队列情况和优先级等因素。由此提出了综合考虑不同类型业务优先级、同类业务公平性和系统非实时业务吞吐量最优化等因素的低复杂度的多用户多业务(LC-MUMS)调度与资源分配算法,并且分析得出LC-MUMS算法可使系统达到稳定的结论。仿真结果表明,LC-MUMS算法能在性能和复杂度之间取得较好的折中。