基于协作的自适应无线通信资源分配

协作资源分配技术可以改善频谱利用率，为无线通信网络性能改善带来更大的上升空间，但目前的协作网络资源分配方案大多侧重于集中式网络，而无法适用于未来的分布式网络架构。本项目针对分布式协作通信系统，研究基于跨层的自适应资源分配方案：利用网络架构、可用资源、信道状态、用户QoS需求等信息，设计协作MIMO自适应选择机制、节点间协作的资源分配策略、基于跨层资源分配的优化机制，解决分布式无线协作网络中资源分配问题，实现自适应跟踪信道变化、满足QoS需求的PHY和MAC层联合优化处理，探索多种约束条件下发送节点-中继节点-接收节点对时间、频率、空间资源的联合分配机制，提高传输链路的可靠性，增加网络的吞吐量，改善系统性能。给出基于协作MIMO OFDM系统的联合优化方案，并通过算法仿真对所提的方案进行验证。

针对协作通信系统，研究了基于协作的自适应资源分配方案：利用网络架构、可用资源、信道状态、用户QoS需求等信息，设计了协作MIMO自适应调度机制、节点间协作的资源分配策略、基于跨层资源分配的优化机制，解决了分布式无线协作网络中的资源分配问题，实现了自适应跟踪信道变化、满足QoS需求的PHY和MAC层联合优化处理，探索多种约束条件下发送节点—中继节点—接收节点对时间、频率、空间资源的联合分配机制，提高了传输链路的可靠性，增加了网络的吞吐量，改善了系统性能。主要创新之处有：1）针对MIMO多天线系统，研究了无线多播系统中的资源分配问题。提出了有限反馈条件下基于随机码本的多组多播预编码算法，基于容量最大化、组间公平性和低复杂度的多播业务组间资源分配算法，以及基于分层编码、功率迭代和空时频联合优化的组内资源分配算法。2）针对基于节点协作的无线传输系统，分别从多基站协作和中继协作两个角度研究自适应资源分配问题。针对多基站协作系统，提出了单频网拆分方法和单频网自适应资源分配方法，抑制了小区间干扰，提高覆盖率和频谱利用率。针对中继协作系统，提出了双向中继系统中的联合自适应网络编码和自适应调制技术；提出了协作中继多用户系统中的集中式资源分配和分布式资源分配算法，通过子载波分配和功率分配提高系统的性能。3）针对基于跨层编码的无线传输系统，分别从信源信道联合分层编码和有限反馈多描述分层编码两个角度出发，研究了自适应资源分配问题。针对基于信源信道联合分层编码的多播系统，研究了信源和信道联合编码方案，提出了一个基于联合编码的多业务比例公平算法和迭代功率注水算法，最大化增强层的吞吐量。针对基于有限反馈多描述分层信源编码系统，研究了在有限反馈策略下使用多描述编码（MDC）的单个多播组内的资源优化问题。设计了用户有限反馈策略，提出了比例公平子载波分配策略、基于梯度的功率分配策略和基于拉格朗日乘数的功率分配算法。在保证多播组中每个用户QoS需求的基础上，最大化整个系统的吞吐量。4）针对MIMO-OFDM协作系统，研究了资源的联合优化问题。主要从基于信源信道联合分层编码和基于有限反馈的预编码两个方向出发，分别提出了信源信道编码方案、基本层增强层与编码方案、基本层子载波分配算法、增强层分配算法、基于QoS保障的改进功率注水算法和固定功率分配算法。在保证多播业务QoS的前提下，最大化系统吞吐量。