多点协作系统中用户配对选择和功率控制算法研究及LTE链路级仿真平台搭建

来源 :北京邮电大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:qiaobianhongyaogqw
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随着移动通信市场需求及相关技术的发展,长期演进(Long Term Evolution, LTE)技术由研究领域推向产业化的进程逐步加快。正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)及多输入多输出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)技术得以在LTE系统中应用,显著改善整个LTE系统吞吐量,同时也降低了小区内用户之间由于非正交带来的干扰。然而同频组网使得OFDM系统小区间干扰(Inter Cell Interference, ICI)凸显出来。LTE-Advanced是LTE的演进版本,LTE-A中提出的多点协作(Coordinate Multiple Point, CoMP)技术可以降低ICI、改善边缘小区用户性能。CoMP技术通过多小区联合协调,共同服务处于小区边缘用户,从而降低边缘用户所受干扰。因此,如何利用CoMP协作技术,充分提升边缘用户性能及整个系统的吞吐量是一个亟待解决的关键问题。为了解决边缘用户通信质量差的问题,本文研究了多点协作系统中用户配对选择算法和功率控制算法,此外还搭建了LTE链路级仿真平台。本文的主要工作具体如下:首先,归纳现有的用户配对算法,将配对机制按照吞吐量最大化、用户正交性和用户公平性三方面进行分类研究,总结用户配对算法在无线通信中的应用。对经典的功率控制算法进行介绍,从无线资源管理角度阐述功率控制的重要意义。其次,提出一种多用户选择和功率控制方案,用于上行多小区协作多用户MIMO系统(Coordinate Multiple-Point Multiple-User Multiple Input Multiple Output, CoMP-MU-MIMO)的发送和接收过程。方案在联合考虑用户的信干噪比(Signal to Interference Noise Ratio, SINR)和比例公平性(Proportional Fairness, PF)的同时,通过构建惩罚函数来最大化多用户选择的系统吞吐量。为了简化惩罚函数的计算,采用粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization, PSO)获取目标惩罚函数的解。此外,采用功率控制算法提升能量利用率。仿真结果表明,多用户选择和功率控制方案不仅保证每个用户服务质量(Quality of Service, QoS)和PF,同时能达到最大化系统吞吐量的效果,在简化计算并获取理想解空间的同时改善能量有效性。最终,小区边缘用户的通信质量得以提升。最后,根据LTE的基本通信流程,采用MATLAB进行链路级仿真平台的搭建。仿真平台采用OFDM技术,以子载波为粒度进行星座调制解调。为对抗白噪声,采用卷积码编码及维特比译码改善系统性能。信道频域均衡利用导频信息对经过信道的信号进行校验,并在接收端计算比特误码率。仿真平台通过比特误码率衡量信道状况,并且验证频域均衡的性能优劣。
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