未来移动通信系统中广播组播无线资源管理.pdf

.博士学位论文未来移动通信系统中广播组播的无线资源管理(申请北京邮电大学工学博士学位)培养单位:专业:研究生:指导教师:北京邮电大学信息与通信工程学院信号与信息处理张力吴伟陵教授二零一零年五月一苓一夸年血月『’municationsRadioResourceManagementforBroadcast/municationSystemsOmmuu(municationsfortheDegreeofDoctorofEngineering)byLiZhangDissertationSupervisor:WeilingWuMajor:SignalandInformationProcessingMay,20108独创性(或创新性)声明本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处,本人承担一切相关责任。本人签名:5liL力El期:主!!!:!女:璺关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定,即:研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许学位论文被查阅和借阅;学校可以公布学位论文的全部或部分内容,可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后遵守此规定)保密论文注释:本学位论文属于保密在—年解密后适用本授权书。非保密论文注释:本学位论文不属于保密范围,适用本授权书。本人签名:导师签名:强力日期:主!!!:!!:垫Et期:主!!!:蛙:垫¨_随着Intemet的普及和通信技术的发展,为大量的用户传输高速数据业务将是下一代移动通信系统的主要目标。在各类高速多媒体业务中,有一类业务需要将相同的数据信息发送至多个接收用户,例如移动电视、文件下载和区域新闻播报等;为了在多个用户之间实现资源共享,提高移动网络的整体容量,这类业务通常使用广播组播模式进行传输。很多研究指出,灵活有效的无线资源管理在提高移动通信系统的频谱效率、保证用户之间的公平性以及保证业务的QoS要求等方面都起着至关重要的作用。目前关于单播模式下的资源分配已经有了广泛深入的研究,但广播组播模式下相应工作还远未成熟。论文对理想广播组播系统的资源分配问题进行了完整的建模,通过数学工具给出了次优求解算法;对实际广播组播系统的部署方式、链路白适应、资源调度、吞吐量与覆盖率的折中以及控制和反馈开销等方面问题,通过搭建完整的系统级仿真给出了评估和建议。现将本文的工作以及对应的主要结论总结如下:第2章讨论了理想广播组播系统的资源分配。不同于传统模型中用户组的传输速率受限于组内信道条件最差的用户,我们在模型中明确引入了临界用户的概念。论文讨论的问题是在多载波OFDMA系统中基站发射功率受限以及小区内有多个用户组的假定下,最大化用户加权和速率。在问题求解中,我们针对无速率约束的模型提出了分步迭代优化算法和基于PSO的功率分配搜索算法。仿真表明通过临界用户的配置,系统和速率与用户公平性的折中可以得到实现。此外,论文还提出了考虑用户组最小传输速率约束的分步迭代算法。第3章通过搭建功能强大的系统级仿真平台,对LTEMBMS中的p-(单播)、p-t_m(广播)以及SFN(多小区联合广播)传输方式进行了性能评估和比较,其中特别给出了SFN的建模方法。--m方式下的应用,结果表明在相同覆盖率的前提下,链路自适应显著提高了业务的吞吐量。由于链路自适应增益是以用户的上行反馈为代价的,论文还针对单小区自适应p-t-m方式提出了一种降低反馈开销的机制,以用户G因子为参数选择部分信道条件较差的用户构成反馈用户集,结果表明该机制几乎不会造成吞吐量和覆盖率的损失。第4章主要讨论了LTEMBMS的资源分配和优化。基于自适应P—t-m方式的资源管理框架,论文提出了一种最大化最小速率的频域调度算法,以组内信道条件最差的用户代表用户组参与资源竞争。由于用户信道质量指示反馈与实际信道的不同,在组内用户数较多时只考虑一个最差用户将无法带来调度增益,针对该问题我们做了算法改进。论文分析了组内用户数、可用资源数以及用户反馈精度对调度增益的影响。为了实现LTEMBMS中业务吞吐量和覆盖率的折中,论文提出为用户的G因子设定门限,G因子低于门限值的用户的反馈将不会影响基站端的资源管理,从而以较小且可控的