资源分配方法精.ppt

资源分配方法源分配方法第1页，本讲稿共24页Company Logo目录目录1研究背景研究背景2关键技术介绍关键技术介绍3现有算法总结现有算法总结第2页，本讲稿共24页Company Logo目录目录1 1研究背景研究背景2 2关键技术介绍关键技术介绍3现有算法总结现有算法总结第3页，本讲稿共24页Company Logo研究背景研究背景网络接入网络接入在线视频在线视频数据互传数据互传电视直播电视直播网络电话网络电话传输速率高传输速率高第四代通信标准第四代通信标准LTE-A 无线频谱是一种有限的宝贵资源，其中适合民用的无线频谱无线频谱是一种有限的宝贵资源，其中适合民用的无线频谱资源更是十分有限。无线频谱的稀缺性是无线通信的主要特点资源更是十分有限。无线频谱的稀缺性是无线通信的主要特点之一，而之一，而紧张的无线频谱资源紧张的无线频谱资源和和用户增长的业务需求用户增长的业务需求之间是一之间是一对不可调和的对不可调和的矛盾矛盾，这种矛盾为无线通信的发展带来的巨大的这种矛盾为无线通信的发展带来的巨大的挑战。挑战。第4页，本讲稿共24页Company Logo研究背景研究背景提高频谱提高频谱利用率利用率载波聚合技术载波聚合技术 多天线多天线MIMO技术技术 OFDMA技术技术 CR技术技术 Relay技术技术 多点协同技术多点协同技术 为缓解这种矛盾，需要采取能够为缓解这种矛盾，需要采取能够提高频谱利用率提高频谱利用率的的关键技术和关键技术和合适的资源分配方式合适的资源分配方式。第5页，本讲稿共24页Company Logo研究背景研究背景 QoS需求：需求：下一代无线通信系统理应能够承载各种实时性强、下一代无线通信系统理应能够承载各种实时性强、数据传输率高的多媒体业务，因此必须具备保证用户数据传输率高的多媒体业务，因此必须具备保证用户QoS的能力。的能力。1.保证保证用户最低速率算法用户最低速率算法1-2。2.保证用户间速率公平性算法保证用户间速率公平性算法3-4。3.保证多业务的保证多业务的QoS算法算法5-6。Lin Y B,Chiu T H,and Su Y T.Optimal and near-optimal resource allocation algorithms for OFDMA networks J.IEEE Transactions on Wireless Communications,2009,8(8):4066-4077.Shim W,Han Y,and Kim S.Fairness-aware resource allocation in acooperative OFDMA uplink system J.IEEE Transactions on Vehicular Technology,2010,59(2):932-939.Chang Liu,Xiaowei Qin,Sihai Zhang and Wuyang Zhou.Proportional-fairness downlink resource allocation in OFDMA-based relay networks.Journal of Communications and Networks,2011,13(6):633-638.陈瑾平,李春国,杨绿溪.比例速率约束下OFDMA 系统近似最优的资源分配算法J.电子与信息学报，2011,33(5):1147-1153.Kanghee Kim,Hongku Kang,Kiseon Kim.Providing quality of service in adaptive resource allocation for OFDMA system C.IEEE VTC,2004,1612-1615.Xingning Zhu,Jiachuan Huo,Xiaoxi Xu,Chunxiu Xu,Wei Ding.QoS-guaranteed scheduling and resource allocation algorithm for IEEE 802.16 OFDMA systemC.IEEE ICC,2008,3463-3468.第6页，本讲稿共24页Company Logo目录目录1 1研究背景研究背景2关键技术介绍关键技术介绍3现有算法总结现有算法总结第7页，本讲稿共24页Company Logo关键技术关键技术-OFDMA是基于是基于是基于是基于OFDMOFDM调制的一种无线接入方式调制的一种无线接入方式uu OFDMOFDM是许多无线通信采用的标准；是许多无线通信采用的标准；是许多无线通信采用的标准；是许多无线通信采用的标准；uu 将传输带宽划分成相互正交而且交错重叠的许多子载波。将传输带宽划分成相互正交而且交错重叠的许多子载波。将传输带宽划分成相互正交而且交错重叠的许多子载波。将传输带宽划分成相互正交而且交错重叠的许多子载波。Digital Audio Broadcast IEEE 802.11a/gDigital Video Broadcast T/H子载波频率频率信道增益信道增益信道 传输传输 带宽带宽第8页，本讲稿共24页Company Logo关键技术关键技术-OFDMA.User 1User 2频率频率基站基站(子载波、功率分配子载波、功率分配)User K将不同的子载波集分配给不同的用户实现多址将不同的子载波集分配给不同的用户实现多址第9页，本讲稿共24页Company Logo关键技术关键技术-OFDMAOFDMA优势优势 n 很强的抗多径衰落和符号间干扰能力；很强的抗多径衰落和符号间干扰能力；n 频谱利用率高；频谱利用率高；n 通过频谱的子载波化可以实现频域资源的灵活分配。通过频谱的子载波化可以实现频域资源的灵活分配。第10页，本讲稿共24页Company Logo关键技术关键技术-Relay 协作中继通信模型协作中继通信模型n 信息传输可以看作是两个时隙来完成的；信息传输可以看作是两个时隙来完成的；n 所获得的分集增益为二，可明显提高传输的可靠性；所获得的分集增益为二，可明显提高传输的可靠性；目的节点目的节点中继节点中继节点源节点源节点单中继协作通信模型单中继协作通信模型第11页，本讲稿共24页Company Logo关键技术关键技术-Relay中继通信的双工模式中继通信的双工模式 u 全双工模式全双工模式 指中继节点可以在同一频带上进行收发信号，但此时中继节点的发送信号与接收指中继节点可以在同一频带上进行收发信号，但此时中继节点的发送信号与接收信号会产生相互干扰。信号会产生相互干扰。u半双工模式半双工模式 指中继节点在相互正交的频带上分别进行信号的收发，半双工方式易于实现。指中继节点在相互正交的频带上分别进行信号的收发，半双工方式易于实现。第12页，本讲稿共24页Company Logo关键技术关键技术-Relay中继通信中的中继模型中继通信中的中继模型 第13页，本讲稿共24页Company Logo关键技术关键技术-OFDMA中继处理方式中继处理方式 uu 放大转发放大转发放大转发放大转发-AF-AF基本思想：基本思想：基本思想：基本思想：中继节点处放大转发中继节点处放大转发 给目的节点。给目的节点。优缺点：优缺点：优缺点：优缺点：协作机制简单，在放大协作机制简单，在放大 信号的同时也放大了噪声。信号的同时也放大了噪声。第14页，本讲稿共24页Company Logo关键技术关键技术-OFDMA中继处理方式中继处理方式 uu 解码转发解码转发解码转发解码转发-DF-DF基本思想：基本思想：基本思想：基本思想：中继节点处译码并重中继节点处译码并重 新编码转发新编码转发 给目的节给目的节 点。点。优缺点：优缺点：优缺点：优缺点：可有效削弱加性噪声，可有效削弱加性噪声，但但在目的节点处可能产在目的节点处可能产 生错误传播。生错误传播。第15页，本讲稿共24页Company Logo关键技术关键技术-OFDMA中继处理方式中继处理方式 uu 编码协作编码协作编码协作编码协作-CC-CC基本思想：基本思想：基本思想：基本思想：中继节点处利用信道中继节点处利用信道 编码对接收信号进行编码对接收信号进行 重新编码，然重新编码，然后转发后转发 给目的节点。给目的节点。优缺点：优缺点：优缺点：优缺点：获得编码增益，实现复获得编码增益，实现复获得编码增益，实现复获得编码增益，实现复杂度较高杂度较高杂度较高杂度较高。第16页，本讲稿共24页Company Logo目录目录1 1研究背景研究背景2 2关键技术介绍关键技术介绍3 3现有算法总结现有算法总结第17页，本讲稿共24页Company Logo现有算法总结现有算法总结 基于比例公平约束的资源分配算法基于比例公平约束的资源分配算法基于比例公平约束的资源分配算法基于比例公平约束的资源分配算法uu 联合优化资源分配算法联合优化资源分配算法联合优化资源分配算法联合优化资源分配算法Chang Liu,Xiaowei Qin,Sihai Zhang and Wuyang Zhou.Proportional-fairness downlink resource allocation in OFDMA-based relay networks.Journal of Communications and Networks,2011,13(6):633-638.陈瑾平,李春国,杨绿溪.比例速率约束下OFDMA 系统近似最优的资源分配算法J.电子与信息学报，2011,33(5):1147-1153.uu 分布资源分配算法分布资源分配算法分布资源分配算法分布资源分配算法Z.Shen,J.G.Andrews,and B.L.Evans.Adaptive resource allocation in multiuser OFDM systems with proportional rate constraints.IEEE Trans.Wireless Comm.,2005,14(6):2726-2737.Jun Yuan and Qiao Wang.Adaptive resource allocation schemes for multiuser OFDMA nonregenerative relay networks C.IEEE ICC,2010,1-5.第18页，本讲稿共24页Company Logo现有算法总结现有算法总结 关于中继选择、子载波分配和功率分配的联合优化问题，这里比例公平约束问题可描述为最大化关于中继选择、子载波分配和功率分配的联合优化问题，这里比例公平约束问题可描述为最大化用户速率的对数之和用户速率的对数之和。联合优化资源分配算法联合优化资源分配算法联合优化资源分配算法联合优化资源分配算法-1-1第19页，本讲稿共24页Company Logo现有算法总结现有算法总结建立最优的资源分配建立最优的资源分配模型（原问题）模型（原问题）通过松弛整型变量通过松弛整型变量转化为解对偶问题转化为解对偶问题许多个子问题许多个子问题一个主问题一个主问题借助于对偶原理借助于对偶原理和和KKT条件条件采用次梯度方法采用次梯度方法第20页，本讲稿共24页Company Logo现有算法总结现有算法总结建立最优资源分配模型建立最优资源分配模型等价的优化形式等价的优化形式 提出拉格朗日提出拉格朗日松弛的资源松弛的资源分配算法分配算法采用修正的椭圆算法采用修正的椭圆算法求解最优问题对偶解求解最优问题对偶解通过等比例缩放方法通过等比例缩放方法进行子载波功率进行子载波功率 联合优化资源分配算法联合优化资源分配算法联合优化资源分配算法联合优化资源分配算法-2-2第21页，本讲稿共24页Company Logo现有算法总结现有算法总结 分布资源分配算法分布资源分配算法分布资源分配算法分布资源分配算法可采用整型规划问题或线性规划进行求解，但是复杂度较高，提出启发式的资源可采用整型规划问题或线性规划进行求解，但是复杂度较高，提出启发式的资源分配策略，求得近似最优解。分配策略，求得近似最优解。第22页，本讲稿共24页Company Logo现有算法总结现有算法总结 分布资源分配算法分布资源分配算法分布资源分配算法分布资源分配算法u在基于平均功率分配下，进行子载波分配在基于平均功率分配下，进行子载波分配 按照瞬时速率最大准则为每个用户分配一个子载波；按照瞬时速率最大准则为每个用户分配一个子载波；剩余子载波分配：找出速率约束比最小的用户，为其分配子载波剩余子载波分配：找出速率约束比最小的用户，为其分配子载波；Set While calculate ,and find the minimal for keep end update end u为保证用户间公平约束，进行优化功率分配为保证用户间公平约束，进行优化功率分配 无公平约束条件下，通过凸优化进行求解得到每个用户的功率分配值；无公平约束条件下，通过凸优化进行求解得到每个用户的功率分配值；用户功率调整，以满足用户间公平约束：用户功率调整，以满足用户间公平约束：第23页，本讲稿共24页第24页，本讲稿共24页