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基于载波聚合的资源分配问题的研究

作　者: 唐颖
导　师: 张朝阳
学　校: 浙江大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 认知无线电 载波聚合 载波分配 功率分配 处理能力受限
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


通信技术经历了2G、2.5G的发展,现在已经进入到3G的大规模商用,和4G的重点研究阶段。由于频谱资源的管理并不科学,因而导致了目前已分配的频谱资源利用率较低,而未分配的频谱资源并不能够满足用户增长的带宽需求的矛盾。在这种情况下,认知无线电技术应运而生。认知无线电技术是一种智能的频谱共享技术,认知用户可以通过对频谱的感知而机会式地接入频谱空洞,这对提高已分配频谱的利用率起到了积极的效果。LTE-Advanced标准中提出了新的技术——载波聚合技术,目标是为了聚合离散的可用频谱,来满足更宽带宽的通信传输。本文首先介绍了载波聚合技术产生的背景,然后研究了载波聚合系统中单用户和多用户在一定的BER需求下的联合比特、载波的资源分配方法,接着研究了在处理能力受限的载波聚合系统中上行和下行的联合载波、功率的资源分配方法,最后还介绍了基于OFDMA的认知无线电系统硬件平台以及FPGA中所完成的主要功能模块。首先,本文研究了载波聚合系统中,在对授权用户干扰的约束下,认知用户满足自身一定的误比特率条件下,联合载波、比特的资源分配算法。在单用户的情况下,给出了最优的联合载波、比特的资源分配算法。在多用户的情况下,针对多用户各自的BER需求,给出了载波聚合系统中下行的最优联合载波、比特的资源分配算法,并且给出了仿真性能比较。然后,对于载波聚合系统而言,前人已经给出了系统可能面临的硬件处理能力受限的问题,并且给出了处理能力受限主要有感知受限和传输受限两方面。本文针对处理能力受限的载波聚合系统,给出了下行系统最优的联合载波、功率的资源分配算法。考虑到最优算法的高复杂度,给出了利于具体系统实现的滑动窗资源分配算法,并且针对载波聚合范围不同给出了仿真结果,也和最优算法进行了性能上的比较。在上行系统中,滑动窗算法同样能够获得较低的复杂度和较好的性能。最后,介绍了基于OFDMA的认知无线电硬件平台的设计,以及各个主要模块所完成的功能。其中,主要介绍了作为硬件平台核心的FPGA元件所完成的功能。FPGA主要完成功能有：与PowerPC和DSP的数据接口、基带滤波、CP检测等模块。载波聚合技术作为一种新技术,目前还有很多的研究盲点。而对于具体的物理层实现,已有前人提出可以利用OFDMA方式对载波进行on-off操作来实现载波的聚合。本文对载波聚合系统的资源分配问题进行了研究,并且也研究了处理能力受限对资源分配问题的影响,给出了便于具体系统实现的低复杂度的联合载波、功率分配方法,并通过仿真验证了其具有较好的性能。

全文目录


致谢  4-5
摘要  5-7
Abstract  7-9
目次  9-11
第一章 绪论  11-23
  1.1 认知无线电的背景及意义  11-14
  1.2 LTE-Advanced标准的提出  14-16
  1.3 载波聚合  16-19
    1.3.1 载波聚合的概念  16-17
    1.3.2 载波聚合所采用的实现方案  17-18
    1.3.3 载波聚合所面临的挑战  18-19
  1.4 国内外研究现状  19-21
  1.5 本文的主要贡献和内容安排  21-23
第二章 载波聚合系统的资源分配算法研究  23-37
  2.1 背景介绍和相关工作  23-24
    2.1.1 背景介绍  23
    2.1.2 相关研究工作  23-24
  2.2 载波聚合系统  24-25
  2.3 单用户的最优比特、载波联合分配方法  25-31
    2.3.1 系统模型  25-26
    2.3.2 问题的导出和分析  26-28
    2.3.3 单用户的比特、载波联合分配方法  28-29
    2.3.4 仿真性能分析  29-31
  2.4 多用户的最优比特、载波联合分配方法  31-36
    2.4.1 系统模型  31-32
    2.4.2 问题的导出  32-33
    2.4.3 问题的分析  33
    2.4.4 多用户的最优比特、载波联合分配方法  33-35
    2.4.5 仿真性能分析  35-36
  2.5 本章小结  36-37
第三章 基于处理能力受限的载波聚合系统的资源分配算法研究  37-55
  3.1 研究背景和动机  37
  3.2 相关研究工作  37-38
  3.3 处理能力受限的载波聚合系统  38-40
  3.4 下行资源分配算法  40-49
    3.4.1 系统的建立  40-41
    3.4.2 问题的导出  41-42
    3.4.3 问题的分析  42-43
    3.4.4 最优的下行资源分配算法  43-44
    3.4.5 下行资源分配算法  44-46
    3.4.6 仿真性能分析  46-49
  3.5 上行资源分配算法  49-53
    3.5.1 系统的建立  49
    3.5.2 问题的导出  49-50
    3.5.3 问题的分析  50-51
    3.5.4 上行资源分配算法  51
    3.5.5 仿真性能分析  51-53
  3.6 本章小结  53-55
第四章 基于OFDMA的认知无线电系统平台  55-66
  4.1 认知OFDMA系统的平台架构  55-58
  4.2 FPGA实现的功能模块  58-59
  4.3 FPGA的数据接口模块  59-61
    4.3.1 与DSP相连的Linkport接口  59-61
    4.3.2 与PowerPC相连的PCI总线接口  61
  4.4 FPGA实现的算法功能模块  61-65
    4.4.1 去直流模块  62
    4.4.2 基带滤波模块  62-64
    4.4.3 CP检测模块  64
    4.4.4 Rateless编译码模块  64-65
  4.5 本章小结  65-66
第五章 结论与展望  66-69
  5.1 工作总结  66-67
  5.2 研究展望  67-69
参考文献  69-72
读学位期间参与的项目和申请的专利  72

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 移动通信
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