【摘要】：隨著多媒體業(yè)務(wù)和大數(shù)據(jù)的興起,移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸容量將極大提升。預(yù)計(jì)到2020年,移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)容量將比目前提升1000倍。在日益擁堵的無(wú)線(xiàn)頻譜上,提供高速、穩(wěn)定通信服務(wù)的問(wèn)題亟待解決。近年來(lái),隨著自干擾消除技術(shù)取得顯著進(jìn)步,同時(shí)同頻全雙工(In band full-duplex,IBFD)無(wú)線(xiàn)通信的概念日漸成熟。與傳統(tǒng)半雙工(Half-duplex,HD)無(wú)線(xiàn)通信相比,IBFD在理論上可以增加一倍的頻譜效率,被認(rèn)為是一種能夠有效提升網(wǎng)絡(luò)性能的潛在新型空口技術(shù)。然而,實(shí)際系統(tǒng)中基于IBFD的無(wú)線(xiàn)通信節(jié)點(diǎn)的接收天線(xiàn)和發(fā)送天線(xiàn)相互耦合,影響IBFD組網(wǎng)通信的性能。考慮到IBFD收發(fā)機(jī)較高的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度、非線(xiàn)性元器件等因素的限制,在當(dāng)前技術(shù)條件下難以完全抑制自干擾的影響。受用戶(hù)分布、業(yè)務(wù)需求、信道變化等諸多易擾動(dòng)因素的影響,IBFD作為一種機(jī)會(huì)通信方式與其他雙工方式共存,難以取得理想的性能增益。本文圍繞同時(shí)同頻全雙工組網(wǎng)通信資源管理這一主題,以減少無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的干擾、提升網(wǎng)絡(luò)吞吐率和降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)成本等為優(yōu)化目標(biāo),主要研究以下四個(gè)部分的內(nèi)容:1)全雙工無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的干擾消除與管理策略研究;2)基于IBFD的蜂窩網(wǎng)絡(luò)無(wú)線(xiàn)資源管理策略研究;3)面向異構(gòu)資源融合的全雙工無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源管理策略研究;4)面向無(wú)線(xiàn)虛擬化的全雙工無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源管理策略研究。針對(duì)干擾問(wèn)題的現(xiàn)有研究大都著力于抑制自干擾,或從功率、頻譜的角度進(jìn)行調(diào)度和管理來(lái)減少互干擾的影響,缺乏對(duì)自干擾和互干擾聯(lián)合抑制的相關(guān)研究。本文首先在全雙工無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中引入串行干擾消除技術(shù)(Successive interference cancellation,Suc-IC)抑制來(lái)自其它用戶(hù)設(shè)備的同頻互干擾的影響,并結(jié)合自干擾消除技術(shù)分析了同時(shí)存在殘留互干擾和殘留自干擾條件下的全雙工無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)成功傳輸概率�？紤]到干擾易受信道變化、用戶(hù)移動(dòng)等網(wǎng)絡(luò)環(huán)境變化的影響,對(duì)多種擾動(dòng)參數(shù)對(duì)成功傳輸概率的影響進(jìn)行了分析。面向5G移動(dòng)通信對(duì)高可靠性和低能耗的需求,本文提出了一種能量驅(qū)動(dòng)的全雙工無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)魯棒功率分配算法。相比現(xiàn)有資源分配算法,所提出算法在保障無(wú)線(xiàn)通信的可靠性的同時(shí)降低了無(wú)線(xiàn)通信的能量開(kāi)銷(xiāo)。然后,本論文研究了基于IBFD的蜂窩網(wǎng)絡(luò)無(wú)線(xiàn)資源管理。受蜂窩用戶(hù)移動(dòng)性、多小區(qū)間干擾等因素影響,IBFD在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中常被會(huì)作為一種機(jī)會(huì)通信方式與傳統(tǒng)雙工方式共存,使用IBFD通信難以獲得理想的頻譜效率增益�，F(xiàn)有研究主要從容量、頻譜效率等角度研究資源分配的問(wèn)題,而本論文從上、下行業(yè)務(wù)非對(duì)稱(chēng)性和上、下行用戶(hù)隔離的角度構(gòu)建通信資源,研究了基于IBFD的蜂窩網(wǎng)絡(luò)時(shí)頻域資源聯(lián)合分配問(wèn)題,提出了一種網(wǎng)絡(luò)吞吐率最大化的聯(lián)合上下行功率子信道分配算法,在保證服務(wù)質(zhì)量需求的前提下改善蜂窩網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率。為了進(jìn)一步提升蜂窩網(wǎng)絡(luò)頻譜效率,面向MIMO技術(shù)在5G移動(dòng)通信中的廣泛應(yīng)用,本文將MIMO與IBFD結(jié)合,研究了基于IBFD的蜂窩網(wǎng)絡(luò)空域資源管理�；诳臻g資源分割自干擾消除方法提出了一種空間資源調(diào)度策略,結(jié)合IBFD和MIMO進(jìn)一步提升蜂窩網(wǎng)絡(luò)頻譜效率。接著,本文研究了全雙工無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的異構(gòu)資源融合。傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)基于用戶(hù)與服務(wù)器的連接,而未來(lái)的移動(dòng)服務(wù)面向內(nèi)容檢索和推送,降低熱點(diǎn)內(nèi)容的的傳輸時(shí)延是一個(gè)重要研究目標(biāo)。將信息中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下沉至接入網(wǎng)實(shí)現(xiàn)邊緣存儲(chǔ)可以有效降低服務(wù)時(shí)延,而利用IBFD通信在局部區(qū)域內(nèi)高頻譜效率的特性可以進(jìn)一步提升邊緣存儲(chǔ)的訪(fǎng)問(wèn)效率。面向未來(lái)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中多樣性的服務(wù)需求,為了降低熱點(diǎn)信息獲取的時(shí)延,本文在邊緣存儲(chǔ)應(yīng)用場(chǎng)景下設(shè)計(jì)了一種結(jié)合IBFD通信和信息中心網(wǎng)絡(luò)的新型FD-ICN架構(gòu),提出了一種基于IBFD通信的分布式內(nèi)容緩存和轉(zhuǎn)發(fā)策略,促進(jìn)通信資源與存儲(chǔ)資源的融合,降低網(wǎng)絡(luò)總效用;此外,本文研究了通信與計(jì)算的融合問(wèn)題,提出一種基于IBFD的協(xié)作霧-云計(jì)算架構(gòu),旨在整合分布式的計(jì)算資源和通信資源。引入排隊(duì)模型對(duì)大規(guī)模接入場(chǎng)景進(jìn)行建模分析,推導(dǎo)得到了霧-云計(jì)算架構(gòu)下的服務(wù)中斷概率和遍歷計(jì)算速率。所提出的分布式內(nèi)容緩存和轉(zhuǎn)發(fā)策略以及協(xié)作霧-云計(jì)算架構(gòu)可以顯著提升服務(wù)的魯棒性。最后,本文研究了虛擬化全雙工無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中多維虛擬化資源管理。關(guān)于無(wú)線(xiàn)虛擬化的研究,現(xiàn)有工作大都基于對(duì)網(wǎng)絡(luò)側(cè)頻譜資源、基礎(chǔ)設(shè)施等傳統(tǒng)通信資源的功能抽象,而缺乏對(duì)虛擬化資源維度擴(kuò)展的相關(guān)研究。面向無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)泛在化的趨勢(shì),本文基于IBFD中繼通信技術(shù),提出了一種全雙工用戶(hù)虛擬化通信策略,該策略賦予了移動(dòng)設(shè)備提供接入和服務(wù)的能力,通過(guò)對(duì)用戶(hù)設(shè)備資源的抽象和整合,進(jìn)一步擴(kuò)展虛擬化無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的資源維度,同時(shí)相比于傳統(tǒng)中繼通信可以減少存儲(chǔ)占用,降低時(shí)延。結(jié)合5G中的移動(dòng)邊緣計(jì)算業(yè)務(wù),以虛擬運(yùn)營(yíng)商效用最大化為目標(biāo),構(gòu)建了虛擬化資源聯(lián)合分配問(wèn)題。考慮到虛擬化無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源管理的復(fù)雜度和信令開(kāi)銷(xiāo)會(huì)隨資源維度的增加而激增,本文以運(yùn)營(yíng)商效用最大化為目標(biāo),基于交替方向乘子法(Alternating direction method of multipliers,ADMM),提出了一種分布式虛擬化資源分配算法。該算法能夠顯著降低資源管理的信令開(kāi)銷(xiāo),以較快的速度收斂到最優(yōu)解。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TN929.5

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 張丹丹;王興;張中山;;全雙工通信關(guān)鍵技術(shù)研究[J];中國(guó)科學(xué):信息科學(xué);2014年08期

本文編號(hào)：2789298