MIMO. OFD M 系統(tǒng)中基于效用函數(shù)的跨層資源分配算法

1、MIMO-OFDM 系統(tǒng)中基于效用函數(shù)的跨層資源分配算法匡緒東內(nèi)容引言系統(tǒng)模型 優(yōu)化 目標(biāo)的數(shù)學(xué)描述 效用函數(shù)的設(shè)計(jì)跨層資源分配算法的實(shí)現(xiàn) 仿真與性能分析 引言在多種業(yè)務(wù)并存的無(wú)線通信 網(wǎng)絡(luò)中， 跨層資 源分配算法能夠合理的配置有限的物理資源， 兼顧 了上層業(yè)務(wù)的需求 ， 因此它們?cè)?MI MO OF DM系統(tǒng)中的應(yīng) 用成為了研究的熱點(diǎn)。 跨層資源分配問(wèn)題中， 頻譜效率、 公平性和 Q o S是非常重要的考慮因素， 但通常它們難以同時(shí)達(dá)到最優(yōu)。引言本文在上述文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上提出了一種綜合考慮 C S I和 排隊(duì)時(shí)延的跨層 自適應(yīng)資源分配算法，借用經(jīng)濟(jì)學(xué)中的“ 效用理論” 研究 MI MO -O F

2、 DM系統(tǒng)中物理層和 MA C 層的跨層設(shè)計(jì)和優(yōu)化問(wèn)題， 降低了復(fù)雜度。 系統(tǒng)模型系統(tǒng)模型跨層 MI MO OF DM 自適應(yīng)系統(tǒng)的下行鏈路模型如圖 1 所示。假設(shè)系統(tǒng)包括語(yǔ)音、 流媒體和“ 盡力而為” 數(shù)據(jù)三種類(lèi)型的業(yè)務(wù)。所有的子載波由 K個(gè)用戶共享， 每個(gè)用戶的數(shù)據(jù)如果不能立即得到發(fā)送， 將形成一個(gè)獨(dú)立的排隊(duì)隊(duì)列。設(shè) a ( m) 是用戶 k在( m一1 )Ts 時(shí)刻到mTs時(shí)刻到達(dá)的數(shù)據(jù)， 即mTs時(shí)刻用戶 k的數(shù)據(jù)到系統(tǒng)模型優(yōu)化目標(biāo)的數(shù)學(xué)描述優(yōu)化目標(biāo)的數(shù)學(xué)描述因此 MI MO O F D M系統(tǒng)中的跨層資源分配優(yōu)化問(wèn)題用數(shù)學(xué)語(yǔ)言可以描述為：效用函數(shù)的設(shè)計(jì) 效用函數(shù)的設(shè)計(jì)效用函數(shù)的設(shè)計(jì)效

3、用函數(shù)的設(shè)計(jì)效用函數(shù)的設(shè)計(jì)效用函數(shù)的設(shè)計(jì)跨層資源分配算法的實(shí)現(xiàn) 式( 7 ) 中的自適應(yīng)資源分配優(yōu)化問(wèn)題涉及到子載波、 功率和比特的聯(lián)合分配， 求解過(guò)程非常復(fù)雜， 計(jì)算量非常大。因此本節(jié)提出了一種分步資源分配算法，首先假定功率在子載波間均勻分配，在所有用戶中分配子載波子載波的初始分配 子載波的初始分配子載波的初始分配子載波的初始分配子載波的初始分配子載波的初始分配仿真與性能分析 仿真與性能分析從圖中2可以看出： 隨著語(yǔ)音用戶數(shù) 目的增長(zhǎng)， 采用本文算法和 ML WDF算法的“ 盡力而為” 業(yè)務(wù) A類(lèi)和 B類(lèi)用戶的吞吐量都明顯減小 ， A類(lèi)用戶的吞吐量減小的更快； 本文算法的吞吐量明顯優(yōu)于 M-

4、 L WD F算法。從 圖 3可 以看出： 隨著語(yǔ)音用戶數(shù) 目的增長(zhǎng)， 采用本文算法的 A類(lèi)和B類(lèi)用戶的流媒體業(yè)務(wù)的時(shí)延略微上升 ， 而語(yǔ)音業(yè)務(wù)的時(shí)延基本保持不變 ， 因此本文算法很好地保護(hù)了對(duì)時(shí)延敏感的業(yè)務(wù)， 且時(shí)延性能明顯優(yōu)于 M L WDF算法。 仿真與性能分析從圖4可以看出： 隨著流媒體業(yè)務(wù)用戶數(shù) 目的增加， “ 盡力而為” 業(yè)務(wù)的吞吐量顯著下降， 采用本文算法的 A類(lèi)和 B類(lèi)用戶的吞吐量都顯著超過(guò)了 M L WD F算法。而且從圖5可以看出：當(dāng)流媒體業(yè)務(wù)的用戶數(shù) 目低于 l 6時(shí)， 網(wǎng)絡(luò)不會(huì)出現(xiàn)擁塞， 本文算法可以滿足流媒體業(yè)務(wù)和語(yǔ)音業(yè)務(wù)的時(shí)延要求， 并能為“ 盡力而為” 業(yè)務(wù)提供較

5、高的傳輸速率； 而當(dāng)流媒體業(yè)務(wù)的用戶數(shù)目較多時(shí)， 例如有 2 0個(gè)用戶， 流媒體業(yè)務(wù) 的時(shí)延會(huì)顯著增大， 網(wǎng)絡(luò)會(huì)出現(xiàn)擁塞，時(shí)“ 盡力而為” 業(yè)務(wù)的吞吐量下降到很低的水平 但對(duì)語(yǔ)音業(yè)務(wù)仍然能夠保持良好的時(shí)延性能。 仿真與性能分析仿真與性能分析。從圖6可以看出， 隨著“ 盡力而為” 業(yè)務(wù)的用戶數(shù) 目的增長(zhǎng)， 其吞吐量也顯著增長(zhǎng)，這是因?yàn)槎嘤脩舴旨木壒省Ｍ瑫r(shí)， 從圖7可以看出，隨著“ 盡力而為” 業(yè)務(wù)的用戶數(shù) 目的增長(zhǎng)， 本文算法很好地保持了語(yǔ)音業(yè)務(wù)和流媒體業(yè)務(wù)的時(shí)延性能。結(jié)論本文提出了一種多業(yè)務(wù) MI MO O F D M系統(tǒng)中基于 效用函數(shù)的跨層資源分配算法， 給出了不同業(yè)務(wù)的邊 界效用函數(shù)設(shè)計(jì)。在進(jìn)行子載波和比特、 功率分配時(shí)， 采用了分布式算法。仿真結(jié)果表明算法利用 C S I獲得