OFDM系统资源分配

OFDM在不同业务传送方向中的资源分配报告人董青PRESENTEDBY 董青&刘伟数字通信第一页，共26页。第一页，共26页。数字通信目录CONTENTS1.阐述了OFDM与生俱来的优越性，并提出随之产生的资源分配问题；2.分析了最简单的注水功率分配方法的原理和它的缺陷，并由此引出了更加优良的OFDMA；3.分析了在业务传输过程中，上行和下行资源分配的原理。OFDM简介PART

ONE资源分配PART

TWO注水功率分配PART

THREE上行与下行PART

FIVE结论PART

SIXOFDMAPART

FOUR第二页，共26页。第二页，共26页。数字通信什么是OFDMPART

ONE第三页，共26页。第三页，共26页。PART

1什么是OFDMOFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)什么是”O”（正交）？即正交频分复用，是一种多载波调制技术。将可用的信道带宽划分为若干个较窄的子带。每个子带上传输不同的信号。”正交”:不同子带上的子载波相互正交。就如同载波sin(k*t)和载波cos(k*t)是互相正交的。第四页，共26页。第四页，共26页。PART

1什么是OFDM“正交”有啥好处？图1：常规FDM。两路信号频谱之间有间隔，互相不干扰。为了更好的利用系统带宽，子载波的间距可以尽量靠近些。图2：靠得很近的FDM。解调第一路信号时，已经很难完全去除第二路信号的影响了（电路的实现毕竟不能像剪刀裁纸一样利落）。第五页，共26页。第五页，共26页。PART

1什么是OFDM“正交”有啥好处？还能再近些吗？这就是OFDM，近到完全等同于奈奎斯特带宽，使频带的利用率达到了理论上的最大值。图13：继续靠近，间隔频率互相正交，因此频谱虽然有重叠，但是仍然是没有互相干扰的。第六页，共26页。第六页，共26页。PART

1什么是OFDM“正交”有啥好处？“正交”赋予了OFDM不同于其他频分复用的重要特性：它允许各子载波的信号频谱在频域产生重叠，极大地提升了系统的频谱利用率。频域抽样点处不产生子载波干扰，保持良好的正交特性。第七页，共26页。第七页，共26页。资源分配PART

TWO数字通信第八页，共26页。第八页，共26页。给单一的用户分配适合频段的子载波。单用户资源分配多用户资源分配多小区资源分配……1234PART

2资源分配综合考虑，给多个用户分配各自适合频段的子载波。不同小区的用户可以使用相同的子载波，但是会对其他小区的用户产生干扰，所以多小区资源分配不仅完成小区内的多用户分配，还要在小区之间进行资源的动态协调。资源分配的覆盖范围第九页，共26页。第九页，共26页。单用户最优的功率分配PART

THREE数字通信第十页，共26页。第十页，共26页。PART

3单用户最优的功率分配注水功率分配单用户传输系统，即假设一个频段内的所有子载波都仅对该用户服务。而各个子载波对该用户的衰落程度有优有劣。因此需要寻求适合的子载波分配方法。第十一页，共26页。第十一页，共26页。PART

3单用户最优的功率分配注水功率分配在限定功率的情况下，衰落越小的子载波上理应分配更多的功率。因此，给定信道传递函数（SNR可求）时，最优的功率分配方式类似于将水（发送功率）倒入SNR的倒数所表示的碗里，如图a)。在OFDM系统里，有限个离散信道子载波也可使用注水分配，如图b)。第十二页，共26页。第十二页，共26页。PART

3单用户最优的功率分配OFDM用作单用户数据服务如右图表示，即便采用了单用户最优的功率分配方式——功率注水，仍然有很多子载波处于该用户的深度衰落中不能使用，造成大量资源浪费。如何有效利用？第十三页，共26页。第十三页，共26页。数字通信OFDMA系统PART

FOUR第十四页，共26页。第十四页，共26页。PART

4OFDMA系统OFDMA“A”=access.增长，演进。相比于OFDM，OFDMA则让系统的子载波为多个用户提供服务。一个用户处于深度衰落的子载波对于另外一个用户来说，可能信道条件很好。OFDMA技术就是通过多用户自适应子载波选择和功率分配，能够给每个用户提供其认为信道条件很好的子载波。第十五页，共26页。第十五页，共26页。PART

4OFDMA系统OFDMA的优点多载波频谱重叠，具有更高的频谱效率；引入循环冗余前缀，具备更强的抗符号间串扰；不允许多个用户共用一个子载波，用户之间的数据因此具有正交性，不存在用户间干扰；允许用户选用适合自身的子载波、功率，拥有灵活的资源分配方式。第十六页，共26页。第十六页，共26页。功率自适应资源分配速率自适应资源分配优化目标是否考虑用户公平性业务传送方向……1234PART

4OFDMA系统考虑比例公平资源分配不考虑比例公平资源分配上行资源分配下行资源分配分类标准第十七页，共26页。第十七页，共26页。数字通信不同业务传送方向中的资源分配PART

FIVE第十八页，共26页。第十八页，共26页。PART

5不同业务传送方向中的资源分配下行资源分配

现有算法资源分配步骤1：首先假设各子载波

功率相等，考虑比例约束进行子载波分配2：基于子载波分配方案，实施功率分配，用以提高系统的和速率容量（不考虑下行资源分配信息的传送带宽）第十九页，共26页。第十九页，共26页。PART

5不同业务传送方向中的资源分配

下行资源分配的资源模型第二十页，共26页。第二十页，共26页。PART

5不同业务传送方向中的资源分配

迭代功率分配算法第二十一页，共26页。第二十一页，共26页。PART

5不同业务传送方向中的资源分配

上行资源分配的资源模型第二十二页，共26页。第二十二页，共26页。PART

5不同业务传送方向中的资源分配

上行资源分配算法第二十三页，共26页。第二十三页，共26页。数字通信结论PART

SIX第二十四页，共26页。第二十四页，共26页。PART

6结论结论功率迭代算法为次优算法，为最优的三分之一，下行功率迭代转移算法逐步收敛，可以通过迭代算法控制收敛误差，实现在公平性性能和算法复杂度之间的良好折中上行资源分配损失了用户之间的公平性，但由于用户能力存在差异，故绝对的公平性很难保证下行分配算法更适合未来网络频率选择性信道的资源分配，能够以很低的计算复杂度获得多用户分集增益下行适用于用户间路径损耗相差不大的场景