【畢業(yè)學(xué)位論文】（Word原稿）基于有限反饋的多用戶MIMO調(diào)度策略研究與驗(yàn)證-電子與通信工程

I 密級(jí)： 保密期限： 碩士學(xué)位論文 題目： 基于有限反饋的多用戶 度策略研究與驗(yàn)證 學(xué) 號(hào)： 106132 姓 名： 陳東建 專 業(yè)： 電子科學(xué)與技術(shù) 導(dǎo) 師： 劉杰 學(xué) 院： 電子工程學(xué)院 2014 年 1 月 6 日 I 獨(dú)創(chuàng)性（或創(chuàng)新性）聲明 本人聲明所呈交的論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝中所羅列的內(nèi)容以外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得北京郵電大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。 申請(qǐng)學(xué)位論文與資料若有不實(shí)之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。 本人簽名： 日期： 關(guān)于論文使用授權(quán)的說明 學(xué)位論文作者完全了解北京郵電大學(xué)有關(guān)保留和使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：研究 生在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識(shí)產(chǎn)權(quán)單位屬北京郵電大學(xué)。學(xué)校有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許學(xué)位論文被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨紝W(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以允許采用影印、縮印或其它復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。（保密的學(xué)位論文在解密后遵守此規(guī)定） 保密論文注釋：本學(xué)位論文屬于保密在 年解密后適用本授權(quán)書。非保密論文注釋：本學(xué)位論文不屬于保密范圍，適用本授權(quán)書。 本人簽名： 日期： 導(dǎo)師簽名： 日期： I 基于有限反饋的多用戶 度策略研究與驗(yàn)證 摘 要 隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與應(yīng)用，在移動(dòng)蜂窩系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸量在成指數(shù)增長(zhǎng)，單鏈路的效率已經(jīng)接近了香農(nóng)極限，然而多天線技術(shù)的出現(xiàn)能夠有效的提升網(wǎng)絡(luò)容量， 使得多用戶多輸入多輸出（ 術(shù)成為新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)（ 的核心物理層技術(shù)之一。 考慮到實(shí)際部署中，用戶的信道質(zhì)量各不相同 。在最大化系統(tǒng)吞吐率的同時(shí)，保障不同 信道質(zhì)量下用戶享受服務(wù)的公平性， 有效降低 進(jìn)行多用戶 用戶間干擾是調(diào)度策略 關(guān)注 的問題。 與此同時(shí)，調(diào)度策略的復(fù)雜度及系統(tǒng)開銷與其所帶來的性能增益需要得到平衡。 基于以上背景，本論文重點(diǎn)研究 增強(qiáng) 型 長(zhǎng)期演進(jìn) 系統(tǒng)（ 中基于有限信道狀態(tài)信息反饋的用戶選擇及多用戶配對(duì)算法， 并提出保障資源分配公平性及 考慮系統(tǒng)開銷、實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度的解決方案，論文主要內(nèi)容包括： 首先，針對(duì) 單用戶及多用戶 設(shè)下用戶信道狀態(tài)信息反饋 及預(yù)編碼技術(shù) 進(jìn)行研究。分析 現(xiàn)有的多用戶 度策略，并通過系統(tǒng)級(jí)仿真，對(duì)不同算法的性能進(jìn)行 比 較 。 其次， 提出 基于比例公平的長(zhǎng)期平均用戶吞吐率調(diào)度算法，對(duì)單用戶 多用戶 景分別進(jìn)行了推導(dǎo)和分析。論證通過用戶數(shù)據(jù)傳輸速率的累積分布函數(shù)和小區(qū)內(nèi)用戶數(shù)量對(duì)長(zhǎng)期平均用戶吞吐率進(jìn)行 有效 估計(jì) ，進(jìn)而進(jìn)行 有效 調(diào)度 。 同時(shí)，對(duì)基于有限反饋的 用戶 對(duì)算法進(jìn)行了研究，提出了 2 種多用戶 對(duì)算法，基于 交 I 配對(duì)集合，分別進(jìn)行窮盡搜索（ 配對(duì)子集搜索（ 最后，在以上用戶調(diào)度及多用戶配對(duì)算法研究基礎(chǔ)上，提出了小型蜂窩異構(gòu)網(wǎng)絡(luò) 中 多用戶 度策略 ，總結(jié)了不同配對(duì)策略的計(jì)算復(fù)雜度和系統(tǒng)開銷。通過系統(tǒng)級(jí)仿真，驗(yàn)證所提算法在多用戶 能、用戶調(diào)度復(fù)雜度及系統(tǒng)開銷三者之間較為平衡， 并給出數(shù)值仿真結(jié)果以證明算法的優(yōu)越性。 關(guān)鍵詞： 多用戶 度策略 有限反饋 比例公平 F N of in is in of to of of of is of of to be on on on a of a of is of of a on of of a be to on RI on on a of up of of to of I 目錄 第一章 緒論 . 1 G 標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程 . 1 關(guān)鍵技術(shù) . 2 用戶 . 3 構(gòu)組網(wǎng) . 4 點(diǎn)協(xié)作通信 . 5 戰(zhàn)與難點(diǎn) . 5 究生期間主要工作 . 7 究?jī)?nèi)容及論文架構(gòu) . 8 第二章 多用戶 度策略研究 . 10 言 . 10 統(tǒng)傳輸規(guī)則 . 10 道狀態(tài)信息定義 . 10 饋周期分類 . 11 饋流程 . 12 用戶 度關(guān)鍵技術(shù) . 13 饋增強(qiáng) . 13 編碼技術(shù) . 15 于碼本 . 16 于非碼本 . 18 有調(diào)度策略分析 . 19 交性配對(duì)策略（ . 19 佳陪同配對(duì)策略（ . 19 佳陪同子集配對(duì)策略（ . 20 有調(diào)度策略性能及總結(jié) . 21 章小結(jié) . 23 三章 基于比例公平的長(zhǎng)期平均用戶吞吐率調(diào)度算法 . 24 言 . 24 統(tǒng)模型 . 25 于比例公平的長(zhǎng)期平均用戶吞吐率估算法 . 26 例公平調(diào)度策略 . 26 例公平調(diào)度策略 . 28 真模型 . 30 真結(jié)果分析 . 30 章小結(jié) . 33 第四章 小型蜂窩異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中多用戶 度策略研究 . 35 言 . 35 統(tǒng)模型 . 36 于 用戶 對(duì)策略研究 . 37 于有限反饋的 用戶 對(duì)算法 . 38 I 配對(duì)選擇 . 38 在配對(duì)用戶調(diào)度 . 38 譜利用率分析 . 41 真模型 . 41 真結(jié)果分析 . 43 真方案性能比較 . 43 算復(fù)雜度比較 . 45 饋開銷比較 . 46 章小結(jié) . 47 第五章 總結(jié)與展望 . 48 要工作及創(chuàng)新點(diǎn) . 48 來研究展望 . 49 參考文獻(xiàn) . 50 致謝 . 55 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文 . 56 第一章 緒論 1 第一章 緒論 隨著寬帶無線移動(dòng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，在過去幾十年中，無線移動(dòng)通信系統(tǒng)正朝著寬帶、高速、大容量、多業(yè)務(wù)和低成本的方向快速發(fā)展。國(guó)際電信聯(lián)盟也正式通過了將增強(qiáng)型長(zhǎng)期演進(jìn)系統(tǒng)（ 術(shù)規(guī)范確立為未來移動(dòng)通信系統(tǒng)（ 際標(biāo)準(zhǔn)的議題。 在這種背景下，第四代移動(dòng)通信技術(shù) (4G)的長(zhǎng)期演進(jìn)技術(shù)第 10 版（ 1已日益成為移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。國(guó)際電信聯(lián)盟（ 未來移動(dòng)通信系統(tǒng)提出了更為長(zhǎng)期的目標(biāo)與展望，即在固定和低速移動(dòng)的熱點(diǎn)覆蓋場(chǎng)景下，在 100帶寬內(nèi)提供高達(dá) 1s 的傳輸速率，在高速移動(dòng)的廣域覆蓋場(chǎng)景下提供不低于 100s 的傳輸速率，相應(yīng)的頻譜效率應(yīng)能達(dá)到5s/改善小區(qū)邊緣用戶的性能；提高小區(qū)容量；降低系統(tǒng)延遲 ； 支持成對(duì)或非成對(duì)頻譜，并可靈活配置多種帶寬 。 G 標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程 隨著科技的不斷進(jìn)步，用戶對(duì)移動(dòng)通信速率及質(zhì)量的需求不斷提升，為移動(dòng)通信技術(shù) 不斷向前發(fā)展注入了源源不斷的動(dòng)力。如圖 1過去的十幾年中，移動(dòng)通信技術(shù)經(jīng)歷了迅猛發(fā)展的時(shí)期。目前，在全世界范圍內(nèi)， 3G 移動(dòng)通信系統(tǒng)已經(jīng)得到了廣泛的商用，但仍然無法滿足飛速增長(zhǎng)的用戶需求。 2008年，為了滿足未來通信的需求，國(guó)際電信聯(lián)盟無線電通信部向全世界各個(gè)國(guó)家發(fā)出通函，正式啟動(dòng)下一代移動(dòng)通信系統(tǒng) 啟了 4G 的標(biāo)準(zhǔn)化研究工作。為了達(dá)到更高的傳輸速率，提供更加可靠的通信服務(wù)， 功率和頻率的利用提出了更高的要求。 性能上能夠支持未來十至十五年的 移動(dòng)通信需求，向用戶提供更為廣泛的移動(dòng)應(yīng)用，滿足用戶在不同場(chǎng)景下的業(yè)務(wù)需求。 未來的寬帶無線移動(dòng)系統(tǒng)正朝著高速率、高效率、高頻段及異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合的方向發(fā)展，并對(duì)現(xiàn)有空、時(shí)、頻的接入方式進(jìn)行多維度挖掘， 大量的關(guān)鍵技術(shù) 及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 被提出以提高頻譜效率 及 系統(tǒng)性能 。在 準(zhǔn)確定以后，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織 3 別提出了各自的 選技術(shù)方案 ,標(biāo) 記為先進(jìn)的長(zhǎng)期演進(jìn)（ 統(tǒng)和 2012 年， 過的 4G 標(biāo)準(zhǔn)包括 及 中國(guó)， 4G 牌照已經(jīng)發(fā)放。不難預(yù)想，在不久的將來 ， 4G 網(wǎng)絡(luò) 將 逐步 取代 3工學(xué)碩士 學(xué)位論文 2 網(wǎng)絡(luò)，為用戶提供 分組交換業(yè)務(wù)和基于互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（ 服務(wù)將成為可能。 42與 3G 系統(tǒng)相比將在諸多方面都有提升，主要表現(xiàn)在： 更快的 數(shù)據(jù)速率 ： 4G 系統(tǒng)使基于互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（ 服務(wù)成為可能，隨著文件傳輸、流媒體應(yīng)用等需高數(shù)據(jù)傳輸速率業(yè)務(wù)需求的不斷增長(zhǎng)，推動(dòng)著移動(dòng)通信系統(tǒng)的峰值速率從 2G 的 s 到 3G 的 s 并接近 4G 的 s。 更高的頻譜效率：為了更有效的利用 稀缺 的頻譜資源， 每個(gè)部 署基站以及授權(quán)頻譜上每赫茲所平均提供的數(shù)據(jù)速率十分重要。在 4G 系統(tǒng)中， 下行提高到30z，上行提高到 15z。 更強(qiáng)的兼容性： 4G 移動(dòng)通信系統(tǒng)為應(yīng)對(duì) 2G、 3G 并存的現(xiàn)狀，應(yīng)支持業(yè)務(wù)的后向兼容性以及 2G、 3G、 4G 網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通，為用戶帶來平滑的過度和升級(jí)。 總之，用戶不斷增長(zhǎng)的 業(yè)務(wù) 需求 以及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展為 移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展提供了 源源不斷的 推 動(dòng)力，未來的移動(dòng)通信系統(tǒng)將朝著為用戶提供 更 高性能 更 高 可靠性服務(wù) 的方向不斷前進(jìn)。 圖 1動(dòng)通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化演進(jìn)示意圖 關(guān) 鍵技術(shù) 本之上的一個(gè)演進(jìn)，也是指 后的版本。它必須能夠滿足 規(guī)定的需求：在系統(tǒng)容量上完全超越 時(shí)為移動(dòng)終端提供更加寬泛的接入。因此，在 將涌現(xiàn)一批新的技術(shù)，包括載波聚合第一章 緒論 3 (上、下行分別達(dá)到 4、 8 層的空分復(fù)用，小區(qū)間的多點(diǎn)協(xié)同 (除了在頻譜利用率方面的提升，傳輸延遲的縮減也是一大目標(biāo)。 要將時(shí)延從 100少到 50 除了上述的方案之外， 將通過部署異構(gòu)網(wǎng)絡(luò) 3來提成覆蓋和容量。在宏小區(qū)內(nèi)再部署一些低功耗結(jié)點(diǎn)，如微小區(qū)（ 微微小區(qū) (毫微微小區(qū) (中繼。它們可以被用來應(yīng)對(duì)不同的地形和應(yīng)用場(chǎng)景。 用戶 天線技術(shù) 4是指在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)上采用多根天線，結(jié)合先進(jìn)的信號(hào)處理與矩陣計(jì)算，以達(dá)到提高小區(qū)容量和擴(kuò)展小區(qū)覆蓋范圍的目的。它主要針對(duì)的 是由 多徑及多徑時(shí)延擴(kuò)展 帶來的性能惡化問題。在頻譜資源日益稀缺的背景下， 輸入多輸出）增強(qiáng)技術(shù)由于通過擴(kuò)展空間的傳輸維度進(jìn)而成倍地提高信道容量，獲得更高的通信速率和可靠性，已被多種無線通信標(biāo)準(zhǔn)廣泛采納。 考慮到實(shí)際系統(tǒng)往往是一個(gè) 時(shí)和多個(gè) 行通信的實(shí)際情況，加貼近實(shí)際系統(tǒng)需求，使其成為新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的核心物理層技術(shù)之一。 慮天線的方向性增益來區(qū)分用戶進(jìn)而消除用戶間的干擾。在發(fā)射端 或接收端的信號(hào)處理的組合，可以用來降低不同傳輸層之間的干擾。利用多天線空分復(fù)用和分集增益在有限的資源上擴(kuò)大系統(tǒng)的吞吐量5、提高系統(tǒng)性能并最終提升用戶體驗(yàn)。 在 統(tǒng)的下行多天線技術(shù)基礎(chǔ)上， 求支持的下行最高多天線配置規(guī)格為 8此同時(shí)增強(qiáng)多用戶空分復(fù)用 6被認(rèn)為是標(biāo)準(zhǔn)化的重點(diǎn)。但是，隨著使用天線數(shù)目的增加， 術(shù)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度和系統(tǒng)開銷大幅度增高，而在天線使用數(shù)目受限制的情況下，不能充分發(fā)揮 術(shù)的優(yōu)勢(shì)。目前，如何在保證一定的系統(tǒng)性能的基礎(chǔ)上降低 術(shù)的算法和實(shí)現(xiàn)的復(fù) 雜度及系統(tǒng)開銷，已成為業(yè)界面臨的巨大挑戰(zhàn)。然而，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，不同用戶所處信道質(zhì)量不同，在下行鏈路 度選擇和資源分配算法研究中，高復(fù)雜度和高反饋開銷成為制約 統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素。另一方面，增加一定的復(fù)雜度和系統(tǒng)開銷可以說是多用戶 術(shù)所帶來的眾多優(yōu)點(diǎn)所必需付出的代價(jià)。在實(shí)際系統(tǒng)應(yīng)用中，需要在 能、用戶調(diào)度復(fù)雜度及系統(tǒng)開銷三者之間尋找一個(gè)平衡點(diǎn)。因此， 統(tǒng)中用戶調(diào)度算法 有著重要的研究?jī)r(jià)值 和意義。 隨著無線通信理論的不斷發(fā)展，新興的 術(shù)也越 來越多。例如，上文提到的由一個(gè)信源在同一個(gè)時(shí)頻資源上面服務(wù)多個(gè)用戶的多用戶 工學(xué)碩士 學(xué)位論文 4 （ 術(shù)；通過單天線的用戶協(xié)作或者單天線用戶和多天線用戶混合協(xié)作的技術(shù)，虛擬 ；不斷增長(zhǎng)天線數(shù)目達(dá)到幾十根乃至數(shù)百根的大規(guī)模天線技術(shù)（ 89。 構(gòu)組網(wǎng) 現(xiàn)代無線通信網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)于更高的網(wǎng)絡(luò)容量的需求不斷提高。對(duì)無線應(yīng)用的調(diào)查研究表明，超過 50%的語音通話及超過 70%的數(shù)據(jù)流量來源于室內(nèi)環(huán)境。然而，傳統(tǒng)的移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò) 由于高衰減損耗，具有較差的室內(nèi)覆蓋，很難獲得高品質(zhì)的信號(hào)。因而，對(duì)室內(nèi)設(shè)備很難實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)數(shù)率的傳輸。提升網(wǎng)絡(luò)容量和室內(nèi)覆蓋的解決方案通常是建設(shè)新的基站或是使用多天線技術(shù)。這些解決方案的缺點(diǎn)是相關(guān)的新的基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和維護(hù)成本高，而且，它們并不能保證可靠的室內(nèi)覆蓋。例如，在移動(dòng)網(wǎng)高度發(fā)達(dá)的城區(qū)，如果增加更多的基站則意味著嚴(yán)重的站間干擾及能量損耗。研究表明，在一個(gè)干擾受限的系統(tǒng)中，密集的部署基站并不能達(dá)到獲得系統(tǒng)增益最大的目的。受到綠色通信的啟發(fā)，低功耗、低覆蓋節(jié)點(diǎn)（微微蜂窩（ 站功率在 250 2W 之間；毫微微蜂窩（ 站功率大約在 100內(nèi)，用于室內(nèi)覆蓋）的部署能夠有效解決上述問題，也為現(xiàn)代無線通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展指明了新的方向 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合。 微型小區(qū)（ 10作為一種低成本、高效的提升網(wǎng)絡(luò)容量和室內(nèi)覆蓋的方法引起了越來越多的關(guān)注。 在 3新的 版本演進(jìn)過程中，定義了 3 類場(chǎng)景： 型小區(qū)增強(qiáng)） 1：指部署與宏站同頻的低功耗室外站點(diǎn)，也就是 a/2b：指部署與宏站異頻的站點(diǎn)，通常使用 頻段，分別位于室外和室內(nèi)，室內(nèi)的 點(diǎn)類似于 : 專門用來研究 的場(chǎng)景 . 般認(rèn)為應(yīng)該通過光纖與宏站相互連接 11，并且在其覆蓋區(qū)域內(nèi)，信道質(zhì)量更加好且穩(wěn)定，因此一些新的技術(shù)方案也將加入到這個(gè)家族中。例如， 把高階調(diào)制 256交振幅調(diào)制）加入到 道質(zhì)量指示）和 碼調(diào)制方式）的表格中，使得一個(gè)符號(hào)能夠攜帶 8信息，相比傳統(tǒng)的 64升約 性能。 開關(guān)機(jī)制 12也是一項(xiàng)用來提升用戶吞吐率性能、降低能耗的備選方案。它主要的思路是讓 備休眠功能，在沒有用戶的數(shù)據(jù)傳輸需求時(shí)，不再令每個(gè)第一章 緒論 5 輸時(shí)間間隔）都發(fā)送 區(qū)特 定參考信號(hào)），以降低對(duì)相鄰小區(qū)的干擾強(qiáng)度。 綜上所述， 一個(gè)相對(duì)寬泛的概念，包含了多種低功耗基站類型，并支持各種潛在的技術(shù)，如 256點(diǎn)協(xié)同、認(rèn)知無線電等。 點(diǎn)協(xié)作通信 代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)正從同構(gòu)網(wǎng)向異構(gòu)網(wǎng)轉(zhuǎn)變，小區(qū)間的干擾協(xié)調(diào)將變得越發(fā)重要和復(fù)雜。多點(diǎn)協(xié)作技術(shù) 3就是從 區(qū)間干擾協(xié)調(diào)）的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，但是它將更加靈活且對(duì)延遲要求更高。為了滿足 延遲的需求， 頻拉遠(yuǎn)頭）的概念應(yīng)運(yùn)而生。 帶處理單元）之間通過光纖相連，每個(gè) 獨(dú)服務(wù)一個(gè)區(qū)域，但事實(shí)上數(shù)據(jù)運(yùn)算都在 行。這樣每個(gè) 小區(qū)之間就能夠進(jìn)行超低延遲的協(xié)作。 3 義了幾種類型 14：協(xié)同調(diào)度 /協(xié)同波束賦形（ B），聯(lián)合傳輸（ T），動(dòng)態(tài)小區(qū)選擇（ 聯(lián)合信號(hào)處理（ 等。在 實(shí)現(xiàn)方法里，對(duì)于任意一個(gè)用戶首先要通過考信號(hào)接收功率）和功率門限決定出一個(gè) 測(cè)量集合，在集合內(nèi)的基站之間才考慮協(xié)同。一般來說 。對(duì)于 B 方案，一個(gè)小區(qū)的用戶只能由 量集里的某一個(gè)基站服務(wù)，但是具體它被調(diào)度到哪些 用什么樣的預(yù)編碼方式，是需要由 相鄰的幾個(gè)小區(qū)共同決定的。這樣做的目的是為了避免小區(qū)間的干擾，增大系統(tǒng)容量。 案則有所不同，它主要是針對(duì)小區(qū)邊緣的弱用戶。它將由多個(gè)基站共同服務(wù)，因此信道質(zhì)量將會(huì)大幅度提升。 指在量集中動(dòng)態(tài)的選擇服務(wù)基站，使得數(shù)據(jù)傳輸更加靈活。 般來說對(duì)回傳鏈路的要求很高，因?yàn)樾枰^(qū)間共同處理數(shù)據(jù)才能解碼。 戰(zhàn)與難點(diǎn) 隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與應(yīng)用，在移動(dòng)蜂窩系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸量在成指數(shù)增長(zhǎng)，單鏈路的效率已經(jīng)接近了香農(nóng)極限，然而多天線技術(shù)的出現(xiàn)能夠有效的提升網(wǎng)絡(luò)容量。但是在整個(gè)多用戶傳輸系統(tǒng)的研究中 ，已有文獻(xiàn)的出發(fā)點(diǎn)多是基于在基站端通過干擾預(yù)消除的方法進(jìn)行多用戶調(diào)度，以降低多用戶間干擾。鮮有站在系統(tǒng)級(jí)的角度，在充分保證公平性的前提下，對(duì)整個(gè)小區(qū)內(nèi)用戶的平均性能進(jìn)行評(píng)估，也少有針對(duì)調(diào)度過程中用戶選擇，配對(duì)，資源分配完整過程的北京郵電大 學(xué)工學(xué)碩士 學(xué)位論文 6 系統(tǒng)性分析。通過系統(tǒng)級(jí)仿真，驗(yàn)證多用戶調(diào)度算法的性能，并綜合考慮系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度、性能增益及系統(tǒng)開銷三者之間的平衡，以上是本文研究的重點(diǎn)。 多用戶傳輸與單用戶傳輸?shù)闹饕獏^(qū)別 在 于如何抑制和消除多用戶間的干擾。其中，主要面對(duì)如下挑戰(zhàn)： 調(diào)度策略的公平性及有效性：為了滿足用戶享受服務(wù)的公平性 并在此基礎(chǔ)上通過有效調(diào)度，降低多用戶間干擾并最大化系統(tǒng)增益，同時(shí)考慮新增的系統(tǒng)反饋開銷及可行性，需要更多的研究和仿真結(jié)果的支持。 反饋粒度：即反饋的精確度。由于多用戶傳輸引入了用戶間干擾，基于單用戶傳輸反饋的信道狀態(tài)信息如 能準(zhǔn)確的反應(yīng)調(diào)度后用戶的調(diào)制編碼階數(shù)。因此，配置多用戶 及增加多用戶 來的額外反饋開銷，需要進(jìn)行定義和評(píng)估。 小區(qū)邊緣用戶的調(diào)度策略：小區(qū)邊緣用戶的信道質(zhì)量通常較差，同時(shí)易受到來自臨小區(qū)信號(hào)的干擾。針對(duì)這部分低 戶的調(diào)度策略需要明確，若所有用戶都進(jìn)行調(diào)度無任何限 制，對(duì)于低 戶來說，傳輸出錯(cuò)及重傳的幾率較大。不僅無法提升系統(tǒng)性能，反而有可能造成資源浪費(fèi)及性能損失。 反饋層數(shù)的自適應(yīng)性：目前的 統(tǒng)支持多用戶層數(shù)的自適應(yīng)性，但如何進(jìn)行層數(shù)選擇，依然沒有合適的策略和評(píng)估方法。 根據(jù)仿真環(huán)境和實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)需求，針對(duì)反饋粒度中配置多個(gè)信道狀態(tài)信息進(jìn)程的定義在第二章中給出，針對(duì)小區(qū)邊緣用戶的調(diào)度策略和反饋層數(shù)的自適應(yīng)性研究將在第三、四章中給出，調(diào)度策略的有效性研究參見第四章?？偟膩碚f，本文研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)如下兩部分所示： 基于比例公平的用戶選擇和資源分配的研究 為了平衡系統(tǒng)吞吐率和用戶享受服務(wù)的公平性， 出了比例公平的調(diào)度算法。比例公平調(diào)度算法是根據(jù)用戶以往接受的數(shù)據(jù)及瞬時(shí)數(shù)據(jù)速率來決定調(diào)度用戶的。由于其較低的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜性以及顯著的性能增益，文獻(xiàn)對(duì)其收斂、最優(yōu)化、吞吐率分析等特性做了深入的研究和討論。在時(shí)頻資源日益緊缺的情況下，多用戶 來的空間維度的擴(kuò)展和利用使系統(tǒng)整體性能的增加成為了可能。在多用戶 統(tǒng)中，在保障公平性的前提下，對(duì)下行鏈路系統(tǒng)中用戶選擇和資源分配進(jìn)行研究，以達(dá)到系統(tǒng)增益的最大化是本論文的研究目標(biāo)。 通過對(duì)用戶長(zhǎng)期平均吞吐率 及用戶傳輸環(huán)境波動(dòng)的研究，為多用戶 源分配帶來了更多的可能。在保障公平性的前提下，利第一章 緒論 7 用長(zhǎng)期平均吞吐率估算方法，對(duì)不同空間位置用戶的調(diào)度選擇、資源分配，是本論文解決的重要難點(diǎn)問題。 基于 用戶配對(duì)算法的研究 在增強(qiáng)型下行 統(tǒng)中，影響調(diào)度用戶的因素有很多，例如不同用戶反饋的信道狀態(tài)信息（ 不同用戶的信道矩陣，不同用戶的信干噪比（ 基站側(cè)（ 用預(yù)編碼技術(shù)進(jìn)行干擾預(yù)消除等等。不同的調(diào)度策略在算法復(fù)雜度，系統(tǒng)開銷，實(shí)現(xiàn)可行性等方面具備各自的 優(yōu)劣勢(shì)。由于行系統(tǒng)中對(duì)完美信道矩陣的不可預(yù)知，本論文選擇在有限增加反饋開銷的條件下，均衡復(fù)雜度，利用預(yù)編碼矩陣進(jìn)行干擾預(yù)消除這一方向上繼續(xù)研究。 針對(duì)基站側(cè)預(yù)編碼預(yù)消除策略，又分為基于碼本和非碼本的預(yù)編碼。在非碼本的預(yù)編碼方式中，預(yù)編碼矩陣在發(fā)射端獲得。 統(tǒng)中 基于用戶專用參考信號(hào) (行解調(diào)，這樣網(wǎng)絡(luò)不需通知用戶傳輸預(yù)編碼矩陣序號(hào)，可以采用非碼本的預(yù)編碼操作?；緜?cè)利用信道估計(jì)的狀態(tài)信息，進(jìn)行預(yù)編碼矩陣預(yù)測(cè)計(jì)算，常見的計(jì)算方法有奇異值分解 (均勻信 道分解 (。但是基于非碼本的預(yù)編碼需要完整的信道矩陣及信道狀態(tài)信息，并且計(jì)算復(fù)雜度高，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)困難，目前均處于理論研究階段。而基于碼本的預(yù)編碼，基站和用戶側(cè)都具有固定的預(yù)編碼碼本矩陣，通過用戶端量化信道矩陣，反饋預(yù)編碼矩陣指示，基站側(cè)根據(jù)反饋的 用戶指示需要的預(yù)編碼碼本，不需要復(fù)雜的算法流程，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，是一種更為通用的預(yù)編碼策略。本論文將在預(yù)編碼矩陣特性上做進(jìn)一步研究，提出基于 設(shè)測(cè)量和上報(bào)的預(yù)編碼矩陣組，用于基站側(cè)實(shí)現(xiàn)用戶配對(duì)。 究生期間主要工作 本人在研究生期間， 主要 參與的科研項(xiàng)目有： 北京郵電大學(xué)重大專項(xiàng)“ 知無線電的驗(yàn)證與研究”，日立 4G 移動(dòng)通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)”。 在北京郵電大學(xué)重大專項(xiàng)“ 目中，主要負(fù)責(zé) 分析下行鏈路通信環(huán)境特點(diǎn)，提出動(dòng)態(tài)分配算法模型，有效提高 時(shí)， 提出優(yōu)化的頻譜感知算法并完成研究報(bào)告，并設(shè)計(jì)基于認(rèn)知數(shù)據(jù)庫(kù)的架構(gòu)，搭建了 臺(tái)對(duì)方案進(jìn)行仿真。最終，向 案 技 術(shù) 提 案 2 篇 ， 編 號(hào) 為 630046 北京郵電大 學(xué)工學(xué)碩士 學(xué)位論文 8 在日立 4G 移動(dòng)通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)”項(xiàng)目中，開發(fā)了 行系統(tǒng)級(jí)仿真平臺(tái)并對(duì)以下技術(shù)進(jìn)行評(píng)估：多點(diǎn)協(xié)同多用戶多輸入多輸出 源調(diào)度，外環(huán)鏈路自適應(yīng) 階調(diào)制 256及 n/制。搭建了 路級(jí)平臺(tái)，對(duì) 256術(shù)進(jìn)行了 能的測(cè)試。最終，項(xiàng)目組向3 交 技 術(shù) 提 案 6 篇： 標(biāo)準(zhǔn)化工作做出了重要貢獻(xiàn)。 究?jī)?nèi)容及論文架構(gòu) 本文介紹了基于有限反饋的 度策略的研究，提出了長(zhǎng)期平均用戶吞吐率估計(jì)法則和頻譜利用率法則用于控制共享資源在各用戶間的分配。在頻譜利用率法則中，設(shè)計(jì)了基于碼本的配對(duì)集合及反饋開銷與系統(tǒng)吞吐率折中的調(diào)度算法。并提出了一種聯(lián)合調(diào)度方案，利用頻譜利用率法則進(jìn)行預(yù)調(diào)度并提供用戶傳輸速率變化數(shù)據(jù)，利用長(zhǎng)期平均用戶吞吐率估計(jì)法則保障公平性及提供最終最優(yōu)的調(diào)度選擇，能夠精確調(diào)度用戶進(jìn) 行 將干擾最小化。具體研究?jī)?nèi)容如下： 如何利用信道快速變化以提升整個(gè)系統(tǒng)吞吐率，同時(shí)保證對(duì)系統(tǒng)中所有用戶提供一定程度的服務(wù)，滿足一定程度的用戶間公平性。 如何在異構(gòu)組網(wǎng)中，在進(jìn)行 ，提升用戶反饋信道狀態(tài)信息精度，有效降低配對(duì)用戶間的干擾，提升 能。 如何在 能、用戶調(diào)度復(fù)雜度及系統(tǒng)開銷三者之間尋找平衡點(diǎn)，在增加一定復(fù)雜度和系統(tǒng)開銷的情況下最大化系統(tǒng)吞吐率和小區(qū)邊緣用戶吞吐率。 本文架構(gòu)如下： 第二章為多用戶傳輸系統(tǒng)傳輸規(guī)則及調(diào)度關(guān)鍵技術(shù)研究。對(duì) 統(tǒng)中，信道狀態(tài)信息的定義及反饋流程進(jìn)行了調(diào)研。分別分析了基于單用戶多用戶 饋的優(yōu)劣勢(shì)，研究了多用戶配對(duì)策略中關(guān)鍵的預(yù)編碼碼本技術(shù)。