LTE系统中资源分配算法的研究分解

LTE系统中资源分配算法的研究
1 LTE 概述
1.1移动通信的发展
Antonio Meucci于1860年在纽约首次向公众展示电话发明，随后，经过近百年的历程，第一个电话系统在1940年末问世，直到70年代末“蜂窝系统”进入通信这个广阔的天地，让人们感受到电话给生活带来的巨大改变。

如今围绕着“电话通信”业务以惊人的速度发展，同时也改变着我们的生活，随之产生的新的通信方式移动通信也不断向着新的阶梯迈进。

通信发展现在正立足于2G（secondgeneration，第二代移动通讯及其技术）和3G（3rd Generation，第三代移动通讯及其技术）之间，相关的研究人员仍在不断进行新一代的通信研究。

从第一代通信系统到全球移动通讯系统GSM（Global System for Mobile Communications，全球移动通讯系统，俗称“全球通”第二代移动通讯技术的代表），移动通信系统的运营经历着飞速的发展。

虽然二代网络系统中解决了很多一代中存在的缺陷，而且数据速率上限到达144Kbps，但对于数据速率的需求，仍无法满足用户。

为了满足用户需求，保证网络的持续发展于2002年开始3G的网络建设。

现在正在建设的3G网络在速率上已可以提供至少144kbps的车辆移动通信、384kbps的行人通信、卫星移动环境9.6kbps以及固定地点达到2Mbps的通信，可以提供最高数据速率达8~10Mbps，并且带宽也可达5MHz以上的要求。

整个移动通信其发展从起初的模拟到数字，再到称之为准宽带移动通信的第三代移动通信。

通信的方式上已打破有线一统天下的格局，实现了在空间环境中无线传输的无线通信。

这种利用电磁波而不通过电缆进行的无线通信是一个因用户需要而连接并提供服务，用户不需要时没有连接的一种通信方式。

非常便捷，也不会出现资源使用独占的情况。

这些改变让大家都不断享受到移动通信的信息丰富性，便捷性，而这也在无形中改变着社会，使得人们期待着未来的移动通信的发展必是更大容量、更高速率以及更多更强功能的多媒体业务的宽带移动通信系统。

现在各国对3G的推广其使用情况，如表1-1。

从表1-1中可以了解到当前部分国家地区主流运营商所选择3G制式的分布情况，清楚了解到3G的普及情况。

从用户的需求发展趋势以及新一代的通信发展过程中发现，现有的3G和3.5G已不能满足发展的进一步需求。

人们需求在不断的增加，通信的发展不能停滞不前，借鉴之前通信系统发展标准的不统一性所带来的诸多兼容问题，所以新一代通信系统设计上要保证国际范围内高度统一性，支持多种数据业务，提供高服务质量，加快当前技术进一步优化以及后续技术的开发研究。

现有网络系统的不同标准给实际应用中带来的诸多不便使得推动通信变革的通信标准格局之争将延续下去，也许整个移动通信系统的应用模式也会随之改变。

围绕通信的发展还未停止，并向着新的高度迈进。

现流行的各种向4G发展的通信系统版本，已经是掀起了一场通信技术的革命，其发展阶段和预计下一个阶段的发展如图1所示。

ITU目前初定的标准有UMB（Ultra Mobile Broadband，超移动宽带）、LTE（Long Term Evolution，长期演进）、WiMAX（Worldwide Interoperability for Microwave Access，全球互通微波存取），都被称之为准4G技术。

以上三项系统存在着共同点，都采用OFDM/OFDMA（Orthogonal Frequency Division Multiple Access，正交频分复用多址）和MIMO技术（Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出）来提高频谱利用率，从而确定OFDM/OFDMA和MIMO核心技术地位。

版本之一的LTE是在2004年底，国际标准化组织3GPP（The 3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴计划）启动长期演进技术的标准化工作，并且确定其作为第三代移动通信系统演进的工作定位。

3GPP LTE演进路线是沿着GSM和WCDMA（Wideband Code Division Multiple Access，宽带码分多址）的技术路线，但是已经不再支持CDMA（Code Division Multiple Access，码分多址）。

版本之二的WiMAX是定位更复杂的蜂窝网络，其新颖的技术受到通信行业业内关注。

提供最远50米的无线传输，覆盖更是3G基站的十倍，在一点对多点环境下的有效互操作与LTE一样是一项接近4G的技术，视为通信领域最活跃的部分之一，是下一代通信舞台上的竞争者。

版本之三的UMB是专门针对无线移动环境及实时应用优化的系统，系统带宽可达20MHz，以OFDMA技术为基础，可实现高传输效率和有效支持各类业务QoS（Quality of Service，服务质量）要求。

各版本的准4G技术与现有3G技术都为确立日后在通信发展中的地位展开多元竞争格局。

（图最好能自己画，即使截图就要截得清晰一些，有水平一些，把英文图标最好去掉，表格里面也是，不要让人家一眼就看出你的图是截的）
1.2 LTE 概述与发展情况
纵观各项技术的研究发展，正在大力推行LTE发展进程的3GPP是领先的3G技术规范机构，英文全称是（The 3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴计划），它是由欧洲的ETSI、日本的ARIB、TTC、韩国的TTA，以及美国的TI在1998年底发起成立，中国的CWTS也在1999年加入，成为组织成员。

该组织的工作是在研究制定并推广基于演变的GSM核心网络的3G标准，如TD-SCDMA（Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access，时分同步的码分多址存取）、WCDMA（Wideband Code Division Multiple Access，宽带码分多址）、EDGE（Enhanced Data Rate for GSM Evolution，增强型数据速率GSM演进技术）等等。

2004年11月，3GPP 将LTE作为迄今为止发起的最大项目立项工作，视为发展中的一次战略决策。

从当前3GPP LTE标准化发展进程的角度，系统通过对网络结构的变革，协议结构的简化以及先进传输技术的采纳，已基本实现低时延、高频谱利用率、高峰值速率和全分组的目标。

在关键技术选择方面，LTE技术应用的是OFDM和MIMO技术，此技术在20世纪90年代就已经开始研发，发展到现在这些技术已经显示出了各自的优势也保证了一定的成熟性，最近几年被LTE这样的宽带无线移动通信系统加入并进行标准化规划。

在网络结构方面，借鉴3G网络中与空中接口相关的很多功能都应用于RNC（Radio Network Controller，无线网络控制器）中，故导致资源分配和业务不能适配信道，协议结构过于复杂，不利于系统优化的问题，所以3GPP LTE放弃对RNC的使用，网络由eNB （Evolved Node B，演进型Node B）和aGW（Access Gateway，接入网关）组成，网络结构也呈现扁平化。

系统在空中接口协议方面，与空中接口相关的功能都集中在eNB，无线链路控制（Radio NetworkControl，RLC）和媒体访问控制（Media Access Control，MAC）都处在eNB节点，利于联合优化、设计；同时由于电路域交换的去除，协议结构变得非常简单。

3GPPLTE分别从物理层传输，对层2协议和网络结构方面进行优化，支持V oIP（V oice overIP，IP话音）和MBMS（Multimedia Broadcast Multicast Service，多媒体广播多播业务）业务，使得业务达到低时延和高频谱利用率等目的。

系统中还使用HARQ（Hybrid Automatic Repeat Request，
混合自动重传请求），为体现用户在短时间内的带宽波动的捕捉状态，LTE系统缩短调度时间间隔仅为1ms的TTI（Transmission Time Interval，发送时间间隔），从而提高系统资源有效利用效率，适应移动用户信道变化，并采用自适应调制和编码，实现链路的快速适配。

同时，调制方式上除继续沿用QPSK（Quaternary Phase Shift Keying，四相移相键控）外还是加16QAM（Quadrature Amplitude Modulation，正交幅度调制）、64QAM的调制方式。

AMC （Adaptive Modulation and Coding，自适应调制编码）通过将系统编码调制方案同信道条件相适应，与每个用户的传输过程相匹配，起到改善数据吞吐量的目的。

该技术使得每个子载波的传输比特数随着信道的状况发生相应的变动，各用户的信道容量在自适应调制技术使用后不断变化。

系统还改变3G中CDMA技术的使用，采用OFDMA的多址方式，在网络架构、交换模式等方面的系统设计中都进行了大幅度优化，确立了LTE的标志性革新，并以此作为向第四代移动通信及其技术4G发展的工作基础，并通过增强技术性能来达到ITU （International TelegraphUnion，国际电报联盟）对4G的目标要求，最终提交ITU成为4G 候选提案。

为回应市场需求以及多方技术竞争，LTE已改变起初的演进进程的角色定位而演变成为一次技术的革新过程。

随后与其他标准一起加速着4G的出现，同时为保护现有网络建设投入，在技术提升的过程中具备了很好的前后兼容性。

作为3GPP指定的下一代的无线通信标准，在启动第一年，提交稿件数目就突破以往3G技术的稿数，而且一直增加，到第三年文稿的数目已升到了3倍，自公布以来，项目就受到极大关注，各方也都在积极参加项目制定，很快成为通信行业中极具竞争力的技术。

为了在这次通信改革中使得我国也能拥有核心专利技术，政府为LTE的发展设立了下一代无线移动通信网络国家重大专项，并下达最高“绿色通行证”，各企业也都纷纷响应。

如大唐移动从开始就专注LTE的标准化工作的制定和相关技术的研究，随后中国普天，中兴通信以及各大高校也加入了LTE的研究工作中，可喜的是由清华、北邮、上海交大等高校提出的多项标准提案中有7项被LTE采纳。

目前，已经有11家国外运营商有意向和中国移动建立合作TD技术的推进，中国移动正大力推进TD-LTE技术的全球化，吸引包括国际运营商、设备厂商以及第三方咨询机构等加入产业链，共同推进全球化走向。

LTE在Release 8版本中限定出各项基本功能，并完成全新的无线通系统设计，Release 9标准化工作于2009年年底完成。

（Release 10 标准化工作已于2010年完成，Release10、11的进展你跟踪一下，掌握最新动态）在今后数年中，LTE标准的研究成果将逐步应用到产业化和市场中。

1.3 展望移动通信发展趋势
新一代无线通信的4G时代，将融合多方通信领域，是多种技术的融合。

其设定目标是满足20~100Mb/s以上的速率传输，移动性能达到200~350km/h甚至更快，并且采用包交换这样统一的交换方式传输融合数据和V oIP的业务，更好满足如高速数据和高分辨率等多媒体服务的需要。

4G利用OFDM这种机制能够避免用户在移动过程中的掉话，支持不同区域的无缝网络连接，采用了全IP的网络架构，这种全IP的网络模式能为每个用户分配IP在服务质量、移动性和安全性这三方面有着突出表现。

应用该架构有三个方面的链接，一是短距离的连接；二是WLAN的连接；三是蜂窝网的连接。

网络系统的架构进入到混合异构的形态，学科之间的相互渗透性不断加强。

现在已有研究员提出参照计算机的多核处理思路，用多模终端实现多路径的数据并发传输，有效提高逻辑带宽的方法。

同样已解决带宽问题的技术还有如智能天线、MIMO等等。

因4G技术是基于全IP的，所以可接受不同的技术支持，能够集合不同类型的数据传输和数据保护，在低成本的情况下提高吞吐量，是一项多种技术和协议的组合，并且这些技术在4G提出的其他版本中是同样被使用，这就为了以后技术的融合以及形成统一的标准奠定了基础。

现在流行的很多版本的通信系统都在向着4G的定位发展，可以说是在成就通信领域的一次革命。

4G系统的目标是为用户提供在任何时间、
任何地点的高速通信，系统引入全新的接口技术，实现100Mbps的移动通信和1Gbps的固定通信。

LTE作为准4G技术倍受瞩目。

各企业对这项技术的期望非常高，希望未来的通信技术（4G）能摆脱不同区域条件的限制提供低成本、高性能的服务，可以和目前的DSL网络竞争。

但4G的部署不是件容易的事，面临着系统、终端（如手机、车载台、固定无线接入台、数据卡等其他可支持电信业务的MT设备）、服务三大部的挑战。

现在的4G技术还存在许多的竞争，都在向着一个主要的目标前进，提供一个单一的全球移动网络标准，相信未来的发展会实现更高速率的数据传输，进一步满足多媒体服务，满足人们日益增长的需求。

1．4论文结构
本文章节安排如下:
第2章研究分析LTE关键技术与资源分配，深入研究OFDM技术、帧结构、AMC、MIMO技术原理及定性分析其对LTE系统资源分配带来的具体影响;第3章研究传统资源分配算法基本原理、优化目标及优化方法，重点研究适用于OFDM系统多用户公平条件下的资源分配算法，在此基础上提出适用于LTE多用户系统资源分配改进方案，与原有算法相比，通过对比仿真定量分析改进算法在算法复杂度、小区吞吐量及用户满意度方面的性能优势;第4章主要研究LTE多小区系统小区间干扰产生的原因、干扰协调技术及对资源分配的影响，提出一种新型LTE多小区资源分配算法，对MIMO及小区间干扰协调技术进行模拟，通过对比仿真定量分析上述关键技术对于LTE资源分配算法在小区平均吞吐量及用户满意度方面的性能改善。

另外，针对小区间干扰协调技术，仿真研究小区平均吞吐量性能随着小区中心用户与边缘用户功率比这一关键参数不同取值变化趋势，得出小区平均吞吐量最大化时该参数的具体取值范围。

最后一章总结全文，并对未来研究方向提出建议。

（第2章研究分析LTE关键技术与资源分配，深入研究OFDM技术、帧结构、AMC、MIMO技术原理及定性分析其对LTE系统资源分配带来的具体影响;第3章研究传统资源分配算法基本原理、优化目标及优化方法，重点研究适用于OFDM系统多用户公平条件下的资源分配算法。

第四章在第三章的基础上提出适用于LTE多用户系统资源分配改进方案，与原有算法相比，通过对比仿真定量分析改进算法在算法复杂度、小区吞吐量及用户满意度方面的性能优势;第5章总结全文，并对未来研究方向提出建议。

）
下周进行第二章的工作，一定注意不要照抄原文，同样的意思换一种表达方式，一旦你们查重的话，吃亏的是你自己。