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1、电 子 科 技 大 学 UNIVERSITY OF ELECTRONIC SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CHINA 专业学位硕士学位论文 MASTER THESIS FOR PROFESSIONAL DEGREE 论文题目 LTE 网络无线资源分配技术研究 学 科 专 业 电子与通信工程 学 号 201122010642 作 者 姓 名 赖力 指 导 教 师 邵怀宗 副教授 分类号 密级 UDC注1 学 位 论 文 LTELTE 网络无线资源分配技术研究网络无线资源分配技术研究 （题名和副题名） 赖力赖力 （作者姓名） 指导教师 邵怀宗邵怀宗 副副 教教 授授 电子科技大
2、学电子科技大学 成成 都都 （姓名、职称、单位名称） 申请学位级别 硕士硕士 专业学位类别 工程硕士工程硕士 工程领域名称 电子与通信工程电子与通信工程 提交论文日期 2014.04 论文答辩日期 2014.05 学位授予单位和日期 电子科技大学电子科技大学 2014 年年 6 月月 27 日日 答辩委员会主席 评阅人 注 1：注明国际十进分类法 UDC的类号。RESEARCH ON WIRELESS TECHNOLOGY LTE NETWORK RESOURCE ALLOCATION A Master Thesis Submitted to University of Electronic
3、Science and Technology of China Major: Electronic and Communication Engineering Author: Lai Li Advisor: Shao Huaizong School : School of Communication nnnnnnnnnnnnnnnConcavity fis strictly concave inPositivity fMonotonicity IfffScalability For allff（4-19） 电子科技大学硕士学位论文 46 注意到单调性，即随着干扰的增加导致发射功率的增加。但扩展
4、性表明发射功率的变化比干扰功率的变化小。这些性质保证了结果会收敛到均衡点。 这个性质性质可以扩展到多个子信道的网络情况，当所有的子信道经历相同的信道，即平坦衰落信道。这可以实现通过把()nnfp定义为所有发射功率的最优值。 当所有的子信道经历频率选择性衰落时，是否存在唯一的均衡点取决于信道的条件。作为一个例子，考虑两用户的网络。定义参数如下： 2(1)(2)(1)(2) 11112222(1)(1)10(2)(2)10 122121121,1,1,1,1,1cpwggggggegge（4-20） 其中，有一个均衡点有如下的形式： * 12,0,0pppppwhereppp 由网络条件的对称性，
5、10pp和2,ppp 必须是另一个均衡点。因此，网络至少有两个均衡点。当有更多的用户和子信道时，更多的均衡点可能存在。但是，当信道干扰满足一定的条件时，只会存在一个均衡点。该算法的纳什均衡点的个数的求解复杂，而且没有考虑到多小区用户的QoS。 4.3 算法设计 4.3.1 系统模型与分析 多小区资源分配技术的系统场景如图 4-3 所示，包括 S 个相邻小区，每个小区的场景和假设与单小区场景一致，因此多小区时域频域功率资源联合分配模型如下式所示： 第四章 多小区资源分配算法 47 ,1,2, 11,2, 11,max 1, 1,max. .C1:log1, ,C2:log1, ,C3:, ,C4
6、:1, ,C5:ss k m nm nSscPsMN sssreq k m nm nk m nk mnMN sssMAC k m nm nk m nk mnN ss m n nK s k m n kkRstWcPHRs kWcPHRs kPPs mcs m nc,0,1, ,C6:0,s m ns m ns k m nPs m n（4-21） 多小区场景下资源分配模型与单小区场景最大的不同在于 ,2, ,2,0 1s k ns k m nS ss m nk n s sshH PhWN （4-22） 其中,2, 1S ss m nk n s ssPh 是来自其他小区的干扰， 此时信道质量不再是在
7、一个子帧上保持不变，而是在一个 OFDM 符号上保持不变。 基站 用户图 4-3 多小区蜂窝系统 与单小区资源分配模型分析一样，多小区资源分配问题同样分资源块分配和功率控制两个阶段进行。由于本文采用功率控制来进行小区间干扰避免，并不涉及频电子科技大学硕士学位论文 48 率复用技术，因此资源块的分配结果并不产生小区间的干扰变化，即各小区在资源分配阶段，信道质量保持不变，因此各小区可以单独执行 CFG 算法进行资源块分配。 4.3.2 多小区功率控制算法设计 由于小区间干扰的存在，以最大化吞吐量为目的的多小区功率控制策略不再是注水法对最大功率进行分配。为了减小小区间的干扰，增加约束条件 ,ss m
8、 nm nPP （4-23） 为了满足新的约束条件，本文在单小区功率控制算法基础上做出以下修改： 1) 每次注水操作后检查每个资源块上的功率是否满足式（4-23），若满足，算法继续，否则，设置该资源块上分配的功率为,s m nP，并在其余资源块上重新执行注水操作。 2) 每个小区在进行功率控制之前，根据相邻小区的资源块质量反馈，修正本小区的,s m nP：当超过半数小区的资源块质量反馈为强干扰，则,ss m nm nPP，当超过半数小区的资源块质量反馈为弱干扰，则,/ss m nm nPP。 3) 每个小区在进行功率控制之后，根据本次资源调度周期中用户反馈的资源块上的,s k nH的变化，向周
9、围邻居小区通告所有资源块上的干扰状况。增益干扰噪声比,s k nH的指数滑动平均值如下式所示。 ,( t1)(1)( t2 )( t1)sss knknknHHH （4-24） 若,(t)(t 1)ss k nk nHH，则该资源块上的干扰状况为弱干扰，否则为强干扰。 基于以上三点修改，本文设计了功率受限的注水算法(Power Limited Water-filling, PLW)，PLW 算法的流程图如图 4-4 所示。 LTE 网络相对于传统蜂窝无线通信网络，新增定义了 X2 接口，该接口的主要功能有两点：一、支持无缝、无损的小区移动切换；二进行负载和干扰管理。 PLW 算法采用功率控制方
10、式来减小小区间的干扰， 符合多小区资源调度算法的分布式特点，无需集中的资源调度控制中心，同时利用 LTE 网络定义的 X2 接口，交互小区间的干扰强度。由于在每次资源块调度时都要进行一次功率控制，因此在一次功率控制环节中进行大量反馈甚至试图收敛的功率上限调整方式既不满足算法在时间上的约束，同时又浪费了大量的通信资源，故 PLW 算法中仅在每次功率控制前根据相邻小区的指示调整一次单个资源块功率上限,s m nP。 第四章 多小区资源分配算法 49 对于每个用户进行单用户注水，得到满足用户 最小速率约束时的水位和功率分配方案初始化未达到MAC承载实时业务速率的用户集 为全 体用户每个用户的已得速率
11、 为用户最小速率约束求该OFDM符号上除去保障用户最小速率的功耗 之外的剩余和功率进行多用户注水，将剩余和功率分配给KKkR更新当前OFDM符号时刻除去用户 达到其MAC承 载实时业务速率的功耗外的剩余功率和k是否存在未进行功率控制的OFDM符号是结束否K 否是向邻居小区反馈资源块质量指示根据邻居小区反馈的资源块质量指示调整 ,s m nP(, ,ss m nm nm nPP(使否是对于用户 进行单用户注水，得到达到其MAC承 载实时业务速率的水位和功率分配方案k,MAC kkkK RR, ,ss m nm nm nPP(使该资源块上的功率为 ， 更新用户最小速率约束,s m nP(kK在 中
12、删去是否该资源块上的功率为 ,s m nP(, ,ss m nm nm nPP(使该资源块上的功率为 更新剩余和功率,s m nP(是否图 4-4 PLW 算法流程图 电子科技大学硕士学位论文 50 4.4 仿真结果与分析 4.4.1 仿真参数 本小节在图 4-3 所示场景下，针对本章提出的单小区资源分配算法的性能采用MATLAB 软件进行了仿真。仿真参数如表 4-1 所示。 表 4-1 多小区仿真参数 属性 参数 小区个数 19 小区半径 500m 系统带宽 20Mhz 小区子信道数 100 每个时隙内包含符号数 7 小区用户数 16 用户最小速率约束 1Mbps MAC 承载实时业务的最大
13、速率 15Mbps 小区子信道带宽 180kHz 小区总发射功率 20W 噪声功率谱密度 -141dBm/MHz 路径损耗模型 Okumura-Hata 模型 小尺度模型 瑞利分布 阴影衰落模型 标准差 7dB 的对数正态分布 误码率要求 10-3 调制方式 64-QAM 4.4.2 仿真结果与分析 在图 4-3 的仿真场景中，场景边缘的用户邻居不满 6 个，这些小区参与反馈算法的执行，但不参与性能的统计。 参数和的选择对于算法的实际效果有着显著的影响，过小，,s k nH的变化速度慢，由于仿真中的信道质量是随机生成的，存在较大的突变性，因此选择为0.8。的选择对算法性能的影响将更大，过大，每
14、次调整的,s m nP幅度小，对干扰第四章 多小区资源分配算法 51 指示的反应迟钝，过小，每次调整的,s m nP幅度大，容易造成乒乓效应。因此建立 的效用指数( )，定义如下：其初始值为 0；算法执行中，若来自同一小区的连续两帧的干扰指示不同，则( )( )4，否则( )( )3；同时，若来自同一小区的连续五帧的干扰指示相同，则( )( )4，否则( )( )2。 从图 4-5，图 4-6，中可以看出，0.9时，PLW 算法需要多个调度周期才可以适应变化的干扰环境，而在图 4-7，图 4-8 中，干扰指示频繁震荡，,s m nP剧烈变化，干扰了算法的正常性能。进一步，本文仿真了 5000 次调度周期后( )随的变化，如图 4-9 所示。 01020304050-1.5-1-0.500.511.5调 度 轮 次干扰指示图 4-5 0.9时干扰指示随调度轮次的变化 电子科技大学硕士学位论文 52 01020304050-5051015202530调 度 轮 次效用指数图 4-6 0.9时( )随调度轮次的变化 01020304050-1.5
