【摘要】：隨著多媒體業(yè)務和大數據的興起,移動通信網絡的傳輸容量將極大提升。預計到2020年,移動通信網絡容量將比目前提升1000倍。在日益擁堵的無線頻譜上,提供高速、穩(wěn)定通信服務的問題亟待解決。近年來,隨著自干擾消除技術取得顯著進步,同時同頻全雙工(In band full-duplex,IBFD)無線通信的概念日漸成熟。與傳統(tǒng)半雙工(Half-duplex,HD)無線通信相比,IBFD在理論上可以增加一倍的頻譜效率,被認為是一種能夠有效提升網絡性能的潛在新型空口技術。然而,實際系統(tǒng)中基于IBFD的無線通信節(jié)點的接收天線和發(fā)送天線相互耦合,影響IBFD組網通信的性能�？紤]到IBFD收發(fā)機較高的實現復雜度、非線性元器件等因素的限制,在當前技術條件下難以完全抑制自干擾的影響。受用戶分布、業(yè)務需求、信道變化等諸多易擾動因素的影響,IBFD作為一種機會通信方式與其他雙工方式共存,難以取得理想的性能增益。本文圍繞同時同頻全雙工組網通信資源管理這一主題,以減少無線網絡的干擾、提升網絡吞吐率和降低網絡運營成本等為優(yōu)化目標,主要研究以下四個部分的內容:1)全雙工無線網絡的干擾消除與管理策略研究;2)基于IBFD的蜂窩網絡無線資源管理策略研究;3)面向異構資源融合的全雙工無線網絡資源管理策略研究;4)面向無線虛擬化的全雙工無線網絡資源管理策略研究。針對干擾問題的現有研究大都著力于抑制自干擾,或從功率、頻譜的角度進行調度和管理來減少互干擾的影響,缺乏對自干擾和互干擾聯(lián)合抑制的相關研究。本文首先在全雙工無線網絡中引入串行干擾消除技術(Successive interference cancellation,Suc-IC)抑制來自其它用戶設備的同頻互干擾的影響,并結合自干擾消除技術分析了同時存在殘留互干擾和殘留自干擾條件下的全雙工無線網絡成功傳輸概率。考慮到干擾易受信道變化、用戶移動等網絡環(huán)境變化的影響,對多種擾動參數對成功傳輸概率的影響進行了分析。面向5G移動通信對高可靠性和低能耗的需求,本文提出了一種能量驅動的全雙工無線網絡魯棒功率分配算法。相比現有資源分配算法,所提出算法在保障無線通信的可靠性的同時降低了無線通信的能量開銷。然后,本論文研究了基于IBFD的蜂窩網絡無線資源管理。受蜂窩用戶移動性、多小區(qū)間干擾等因素影響,IBFD在蜂窩網絡中常被會作為一種機會通信方式與傳統(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有研究主要從容量、頻譜效率等角度研究資源分配的問題,而本論文從上、下行業(yè)務非對稱性和上、下行用戶隔離的角度構建通信資源,研究了基于IBFD的蜂窩網絡時頻域資源聯(lián)合分配問題,提出了一種網絡吞吐率最大化的聯(lián)合上下行功率子信道分配算法,在保證服務質量需求的前提下改善蜂窩網絡的頻譜效率。為了進一步提升蜂窩網絡頻譜效率,面向MIMO技術在5G移動通信中的廣泛應用,本文將MIMO與IBFD結合,研究了基于IBFD的蜂窩網絡空域資源管理。基于空間資源分割自干擾消除方法提出了一種空間資源調度策略,結合IBFD和MIMO進一步提升蜂窩網絡頻譜效率。接著,本文研究了全雙工無線網絡中的異構資源融合。傳統(tǒng)互聯(lián)網服務基于用戶與服務器的連接,而未來的移動服務面向內容檢索和推送,降低熱點內容的的傳輸時延是一個重要研究目標。將信息中心網絡架構下沉至接入網實現邊緣存儲可以有效降低服務時延,而利用IBFD通信在局部區(qū)域內高頻譜效率的特性可以進一步提升邊緣存儲的訪問效率。面向未來無線網絡中多樣性的服務需求,為了降低熱點信息獲取的時延,本文在邊緣存儲應用場景下設計了一種結合IBFD通信和信息中心網絡的新型FD-ICN架構,提出了一種基于IBFD通信的分布式內容緩存和轉發(fā)策略,促進通信資源與存儲資源的融合,降低網絡總效用;此外,本文研究了通信與計算的融合問題,提出一種基于IBFD的協(xié)作霧-云計算架構,旨在整合分布式的計算資源和通信資源。引入排隊模型對大規(guī)模接入場景進行建模分析,推導得到了霧-云計算架構下的服務中斷概率和遍歷計算速率。所提出的分布式內容緩存和轉發(fā)策略以及協(xié)作霧-云計算架構可以顯著提升服務的魯棒性。最后,本文研究了虛擬化全雙工無線網絡中多維虛擬化資源管理。關于無線虛擬化的研究,現有工作大都基于對網絡側頻譜資源、基礎設施等傳統(tǒng)通信資源的功能抽象,而缺乏對虛擬化資源維度擴展的相關研究。面向無線網絡泛在化的趨勢,本文基于IBFD中繼通信技術,提出了一種全雙工用戶虛擬化通信策略,該策略賦予了移動設備提供接入和服務的能力,通過對用戶設備資源的抽象和整合,進一步擴展虛擬化無線網絡的資源維度,同時相比于傳統(tǒng)中繼通信可以減少存儲占用,降低時延。結合5G中的移動邊緣計算業(yè)務,以虛擬運營商效用最大化為目標,構建了虛擬化資源聯(lián)合分配問題�？紤]到虛擬化無線網絡資源管理的復雜度和信令開銷會隨資源維度的增加而激增,本文以運營商效用最大化為目標,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銷,以較快的速度收斂到最優(yōu)解。
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN929.5

【參考文獻】

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1 張丹丹;王興;張中山;;全雙工通信關鍵技術研究[J];中國科學:信息科學;2014年08期

本文編號：2789298