【摘要】：隨著移動互聯(lián)業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展,終端對電池電量的需求越來越大,使得移動終端能量消耗問題日益嚴(yán)重,在設(shè)備直連技術(shù)(Device-to-Device,D2D)中尤為突出。同時移動終端較短的電池壽命嚴(yán)重制約了用戶的服務(wù)體驗(yàn),使得如何提高系統(tǒng)的能量效率顯得極為重要,因此本文主要研究了增強(qiáng)版長期演進(jìn)(Long Term Evolution Advanced,LTE-A)系統(tǒng)下設(shè)備直連通信技術(shù)的能效,在滿足所有用戶服務(wù)質(zhì)量條件下,通過適當(dāng)?shù)馁Y源分配策略和功率控制策略,來提升D2D通信的能效。在一個D2D對(D2D Pair,DP)復(fù)用多個蜂窩用戶(Cell User,CU)的上行鏈路資源,且一個CU的上行鏈路資源至多能被一個DP所復(fù)用的場景下,本文主要考慮DP如何復(fù)用CU的資源,以及在資源分配后如何進(jìn)行功率控制來實(shí)現(xiàn)DP能效的優(yōu)化。本文首先將該模式下的能效優(yōu)化問題,轉(zhuǎn)化為兩個子問題:資源分配和功率控制問題,并進(jìn)行分段解決。通過基于粒子群優(yōu)化的資源分配策略,使得系統(tǒng)中的上行鏈路資源得到有效的利用,在設(shè)計適應(yīng)度函數(shù)時,本文綜合考慮DP的服務(wù)質(zhì)量和系統(tǒng)的總能效,設(shè)計了基于信道增益和DP服務(wù)質(zhì)量的適應(yīng)度函數(shù),同時設(shè)計了自適應(yīng)擾動的慣性權(quán)重調(diào)節(jié)策略。之后,在資源分配的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了適當(dāng)?shù)墓β士刂?以D2D系統(tǒng)的總能效作為優(yōu)化目標(biāo),采用Dinkelbach算法求解最優(yōu)的功率分配。合理地提升了D2D系統(tǒng)的總能效,實(shí)現(xiàn)了一個DP能復(fù)用多個CU上行鏈路資源。最后仿真結(jié)果與分析驗(yàn)證了本文所提策略的可行性,并對不斷變化的通信環(huán)境具有較強(qiáng)的適應(yīng)性,策略在提高38%左右系統(tǒng)能效的同時,更多DP能接入到網(wǎng)絡(luò)中,功率得到降低,DP的總吞吐量得到了有效的提高。在多個DP能復(fù)用一個CU上行鏈路資源場景下的D2D通信能效研究中,針對系統(tǒng)中復(fù)雜的干擾問題,本文提出一種基于改進(jìn)自適應(yīng)差分進(jìn)化(Improved adaptive differential evolution,IADE)算法的聯(lián)合資源分配和功率控制策略。在IADE算法中,將構(gòu)造的資源分配矩陣和功率控制矩陣合并作為一個個體基因,把蜂窩用戶的服務(wù)質(zhì)量約束條件當(dāng)作一個優(yōu)化目標(biāo),從而將能效優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為有兩個目標(biāo)函數(shù)的多目標(biāo)優(yōu)化問題,并且將DP服務(wù)質(zhì)量的約束條件用來修正個體。為了提高算法的搜索能力和收斂速度,利用個體適應(yīng)度值的差別指導(dǎo)縮放因子的更新,同時采用非線性動態(tài)策略增加交叉概率,當(dāng)個體都為不可行解時采用基于個體片段的選擇策略,使較優(yōu)的片段進(jìn)入下一代個體中,合理地提升了DP的總能效并實(shí)現(xiàn)了DP和CU資源的多對多復(fù)用。仿真結(jié)果表明提出的IADE算法不僅能效顯著提升了近75%,接入率也隨之提高。
【學(xué)位授予單位】：重慶郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN929.5
【圖文】：

預(yù)計到 2021 年達(dá)到 116億部，移動網(wǎng)絡(luò)連接平均速度將從 6.8Mbps 增到 20.4Mbps，具體的增長趨勢如圖1.1，圖 1.2 所示。這些數(shù)據(jù)的增長使得移動通信面臨的挑戰(zhàn)越來越嚴(yán)峻，尤其是在頻譜資源和能量效率方面。圖 1.1 移動終端數(shù)目的增長趨勢 圖 1.2 網(wǎng)絡(luò)連接速度的增長趨勢呈指數(shù)增長的移動數(shù)據(jù)通信使原本匱乏的頻譜資源變得越來越緊張。為了應(yīng)對如此大規(guī)模的設(shè)備對頻譜資源的需求，一些能提升頻譜利用率的技術(shù)被提出，如稀疏碼分多址(Sparse Code Multiple Access, SCMA)，認(rèn)知無線電(Cognitive Radio,CR)。其中設(shè)備直連(Device-to-Device, D2D)通信技術(shù)作為提升蜂窩系統(tǒng)頻譜效率，緩解頻譜壓力的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)被引入到未來第五代移動通信網(wǎng)絡(luò)(The Fifth

至 1978 年貝爾實(shí)驗(yàn)室開發(fā)出首個呈蜂窩形狀的移動通信網(wǎng)，移動通信進(jìn)入到了飛速發(fā)展的階段。經(jīng)過四十年的不斷發(fā)展，移動通信從以模擬技術(shù)為主的第一代移動通信系統(tǒng)發(fā)展到如今已大量商用的第四代數(shù)字移動通信系統(tǒng)，并且第五代的研究早已拉開帷幕，預(yù)計在 2020 年實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商用。移動通信技術(shù)不斷地向前發(fā)展，通信中的數(shù)據(jù)傳輸速率也在持續(xù)提升，新興移動互聯(lián)業(yè)務(wù)越來越多樣。數(shù)字芯片技術(shù)的不斷發(fā)展推動了移動終端的價格降低，使得移動終端的擁有量增高，終端數(shù)目出現(xiàn)爆發(fā)式增長，數(shù)據(jù)通信量出現(xiàn)了前所未有的增長。根據(jù)思科視覺網(wǎng)絡(luò)指數(shù)[1]顯示，2016 年全球移動終端數(shù)量超過 80 億部，預(yù)計到 2021 年達(dá)到 116億部，移動網(wǎng)絡(luò)連接平均速度將從 6.8Mbps 增到 20.4Mbps，具體的增長趨勢如圖1.1，圖 1.2 所示。這些數(shù)據(jù)的增長使得移動通信面臨的挑戰(zhàn)越來越嚴(yán)峻，尤其是在頻譜資源和能量效率方面。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 龍文;趙東泉;徐松金;;求解約束優(yōu)化問題的改進(jìn)灰狼優(yōu)化算法[J];計算機(jī)應(yīng)用;2015年09期

本文編號：2727994