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LTE系统中资源分配算法的研究

郑志凌

  随着移动通信网络的飞速发展,信息化需求的不断增加,3G网络难以满足业务的发展与市场的需求,LTE网络将逐渐成为移动通信网络的主角。目前,LTE网络的建设正在如火如荼地进行着,预计全球LTE商用网络数量在2015年底将超过450个,全球LTE用户将达到10亿。然而与移动通信密不可分的无线电资源极度有限,移动通信可用的频谱资源在不断减少,如何合理地利用有限的无线电频谱资源,为日益增长的用户群提供高质量的服务是一个非常重要的问题。因此,本文针对目前主流的移动通信网络环境,以提高无线电频谱资源利用率和有效分配为目标,提出并研究了LTE系统中的资源分配算法,并进行了系统仿真与算法分析。主要研究内容包含以下几个方面:(1)研究了LTE系统中资源分配的原理和特点,详细分析了正交频分复用、多输入多输出、混合自动重传请求、自适应调制编码、小区间干扰抑制等关键技术,探讨了在LTE系统单小区环境下的资源分配模式,分析研究了资源分配的基本原理及影响因素,并在此基础上重点研究了轮询分配算法(Round Robin,RR)、最大载干比分配算法(Max C/I)和比例公平分配算法(Proportional Fair,PF)三种分组分配算法的原理以及算法性能评价标准。PF分配算法虽然能在吞吐量和公平性中取得折衷效果,但是仍然存在着不足,没有考虑业务服务质量(Quality of Service,Qo S)的需求,因此本文在传统PF分配算法的基础上进行了改进,提出了基于Qo S的比例公平分配算法,增加了优先级修改的环节,通过对比当前业务速率与保证比特速率(Guaranteed Bit Rate,GBR)之间的差距,在保证复杂度的前提下考虑Qo S,使系统性能得到增强,给了更多用户的资源分配机会,提高了频谱利用率。(2)对LTE系统进行建模与仿真实验,采用基于Matlab的LTE系统级开源仿真平台,设定好空间各种参数后,对LTE系统中的资源分配算法进行了仿真,相同参数设置的情况下,详细分析对比了轮询分配算法、最大载干比分配算法和比例公平分配算法三种算法的吞吐量、公平性和频谱效率。在分析系统性能时,考虑到在实际情况下,由于无线媒介所在区域的不同以及各种系统间的相互干扰,系统的各种性能都会随着时间的变化而不断改变,并且会因为用户的分布位置不同而得到不同的数据,因此采用了取平均值的方法,对系统进行多次仿真实验,并对多次仿真后的数据取平均值,得到用户平均吞吐量、公平性、频谱效率以及信道带宽等方面的实验结果。(3)分析研究了通过系统仿真得到的实验结果,吞吐量最大是的MAX C/I分配算法,其次是PF分配算法,最小的是RR分配算法;从公平性的角度来看,MAX C/I分配算法的公平性最差,PF分配算法的用户接入公平性最好,RR分配算法的公平性界于MAX C/I分配算法和RR分配算法之间;在用户平均频谱效率方面,RR分配算法的效率最低,MAX C/I分配算法的效率最高,PF分配算法的效率界于MAX C/I分配算法和RR分配算法之间。另外,根据仿真实验结果,系统吞吐量会随着信道带宽的增大而增大,而信道带宽的变化对频谱效率值得变化影响不大,改进后的基于Qo S的比例公平分配算法给了更多用户设备(User Equipment,UE)资源分配的机会,提高了频谱利用率。在实际应用中,可以根据不同的要求来选择不同的资源分配算法。……   
[关键词]:移动通信;LTE;无线资源;分配算法
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:湖南大学2016年