基于IEEE802.16的无线资源分配和节能控制策略研究

【摘要】：宽带无线接入技术作为下一代通信网中最具发展潜力的接入技术之一，正受到业界越来越多的关注。IEEE802.16系列规范(也被称为WiMax)的制定，就是为了适应宽带无线接入的快速发展，并为之提供一个全球统一的标准。 本文的研究工作主要基于IEEE802.16d标准。为了迎接高用户量、高数据传输量和多种业务并存给网络无线资源管理策略带来的挑战，提高的系统性能，本文将主要从资源分配和节能控制两个角度入手进行研究。主要的研究手段是数学推导和仿真，仿真工具采用Matlab和OPNET。 IEEE802.16可以使用多种物理层模式，其中的OFDM和OFDMA模式都是基于OFDM技术。本文关注OFDMA模式下的下行资源分配问题。根据现有的算法，基站可以按照用户的服务质量(QoS)和信道情况自适应地将子载波、比特和功率分配给不同的用户，使发射总功率最小，以达到远高于传统多用户方式的功率效率和系统容量。然而这些已有算法都隐含地假设了一种线性环境，即在发射端没有功率(或者说信号幅度)限制。实际的OFDM系统却往往很难保证这一点。在非线性的系统里，这些算法性能将可能受到影响，用户也将无法获得要求的QoS。本文将讨论这种自适应的OFDMA系统中非线性对用户最终信噪比的影响，并提出一种在保证用户QoS前提下最小化发射功率的资源分配算法，之后通过仿真结果来研究非线性对OFDMA系统性能的影响。 由于终端的可移动性，如何节约能量和延长待机时间是设计中的又一个重要问题。本文根据IEEE802.16协议TDD模式下物理层的特点，提出一种针对数据业务的节能控制协议，当只有下行业务时，终端根据其业务量自适应地调整休眠时间的长度，在休眠结束时立即侦听寻呼信道以便接收信息。这种协议可以将终端侦听寻呼信息所消耗的能量减少到最少，其代价是包的时延增大，并可能导致基站的包缓存队列溢出。但是算法可以通过适当设定休眠时间的长度保证溢出概率在允许的范围内。因为牺牲了时延性能，本协议适用于非实时性的数据业务。最后，为了适应动态的网络环境，增加了一种流量预测机制，使得休眠时间可以根据流量状况动态调整，以满足队列溢出率的要求。仿真表明，该协议的节能效果显著。 【关键词】：宽带无线接入 802.16 OFDM 无线资源管理
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TN925
【目录】：

• 第一章 绪论7-21
• 1．1 无线城域网标准IEEE 802.167-14
• 1．1．1 IEEE802.16系列标准的发展概述9
• 1．1．2 协议的框架和分层结构9-13
• 1．1．3 拓扑结构13
• 1．1．4 与802.11协议的区别13-14
• 1．2 无线网络中的一些基本概念14-19
• 1．2．1 多址接入的概念和方式14-16
• 1．2．2 双工方式：FDD和TDD16-17
• 1．2．3 QoS简介17-19
• 1．3 本文的主要贡献和结构安排19-21
• 1．3．1 本文的主要贡献19
• 1．3．2 本文的结构安排19-21
• 第二章 无线资源管理概述21-27
• 2．1 无线资源管理问题的数学模型22-23
• 2．2 无线资源管理的研究内容23-26
• 2．2．1 信道分配技术23
• 2．2．2 功率控制技术23-24
• 2．2．3 节能控制策略24-25
• 2．2．4 准入控制25-26
• 2．2．5 移动管理和切换管理26
• 2．3 本章小结26-27
• 第三章 基于IEEE802.16 OFDMA PHY的资源分配策略的研究27-53
• 3．1 OFDM技术简介28-33
• 3．1．1 OFDM的基本原理28-31
• 3．1．2 OFDM的抗多径特性31-32
• 3．1．3 OFDM技术的主要优缺点32-33
• 3．2 OFDMA系统的自适应资源分配问题33-38
• 3．3 非线性条件下的资源分配问题38-52
• 3．3．1 非线性OFDM系统模型38-43
• 3．3．2 单用户OFDM系统的功率分配43-44
• 3．3．3 非线性OFDMA系统资源分配44-46
• 3．3．4 基于总功率试探的资源分配算法46-48
• 3．3．5 仿真结果和性能分析48-52
• 3．4 本章小结52-53
• 第四章 TDD模式下一种针对数据业务的节能控制协议53-67
• 4．1．协议描述53-55
• 4．1．1 IEEE802.16TDD模式下的物理层帧格式53-55
• 4．1．2 针对数据业务的节能协议描述55
• 4．2 协议的排队论模型55-57
• 4．3 协议的仿真分析57-64
• 4．3．1 不同参数对协议性能的影响58-61
• 4．3．2 协议的节能和时延性能61-64
• 4．4 使用流量预测机制的节能控制协议64-66
• 4．5 本章小节66-67
• 结束语67-68
• 参考文献68-71
• 作者读研期间公开发表的论文71-72
• 致谢72

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