【摘要】：IMT-Advanced (IMT-A)無線網(wǎng)絡(luò)以多入多出(MIMO, Multiple-Output Multiple-Input)和正交頻分復(fù)用(OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing)為主要物理層技術(shù),并采用正交頻分多址(OFDMA, Orthogonal Frequency Division Multiplexing Acess)方式,輔以載波聚合(CA, Carrier Aggregation),提高了頻譜效率,實(shí)現(xiàn)了高速率傳輸。但隨之而來的高能耗造成了網(wǎng)絡(luò)商用過程中的技術(shù)瓶頸與行業(yè)運(yùn)營困境,阻礙了通信行業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。為優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)能量效率,降低網(wǎng)絡(luò)能耗,需對(duì)以高頻譜效率為設(shè)計(jì)目標(biāo)的各關(guān)鍵技術(shù)加以改進(jìn)和重新設(shè)計(jì)。 根據(jù)各關(guān)鍵技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)中所扮演角色的不同,能量效率優(yōu)化研究應(yīng)包括MIMO與OFDM鏈路能量效率優(yōu)化,OFDMA網(wǎng)絡(luò)高能量效率網(wǎng)絡(luò)管理、資源管理與網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃,CA場(chǎng)景下高能量效率網(wǎng)絡(luò)管理、資源管理與網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃等。現(xiàn)有研究在這些方面取得了較多成果,但仍有些問題有待深入,有些問題尚未被涉及。主要有,一是多用戶MIMO (MU-MIMO, Multi-User MIMO)鏈路能量效率亟需進(jìn)一步提升,二是現(xiàn)有高能量效率的OFDMA網(wǎng)絡(luò)資源管理對(duì)能量資源特性認(rèn)識(shí)不足,三是對(duì)CA場(chǎng)景下能量效率優(yōu)化問題的研究匱乏。 圍繞這些存在的問題,本論文對(duì)IMT-A無線網(wǎng)絡(luò)能量效率優(yōu)化進(jìn)行深入探討與研究,同時(shí)也是作者在博士期間參加多個(gè)項(xiàng)目的研究成果,包括：在參加國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(基于認(rèn)知與極化信號(hào)處理的功放節(jié)能研究-61271177)的過程中,對(duì)能量資源的本質(zhì)特性的思考；在參加多項(xiàng)華為企業(yè)項(xiàng)目期間,對(duì)MIMO技術(shù)與OFDMA網(wǎng)絡(luò)能量效率優(yōu)化的探索；在參與國家科技重大專項(xiàng)(TD-LTE系統(tǒng)中的認(rèn)知無線電技術(shù)研究與驗(yàn)證-2012ZX03003006)的過程中,對(duì)多個(gè)連續(xù)／離散頻段上進(jìn)行高能量效率網(wǎng)絡(luò)部署的研究。具體研究?jī)?nèi)容與成果如下： 1.首先概述了IMT-A無線網(wǎng)絡(luò),以及無線網(wǎng)絡(luò)能量效率優(yōu)化研究；然后分析總結(jié)了IMT-A無線網(wǎng)絡(luò)能量效率優(yōu)化面臨的挑戰(zhàn)與應(yīng)包含的研究?jī)?nèi)容；最后分類梳理了現(xiàn)有IMT-A無線網(wǎng)絡(luò)能量效率優(yōu)化研究現(xiàn)狀,深入分析了現(xiàn)有研究存在的不足,并比照應(yīng)包含的研究?jī)?nèi)容指出了尚未涉及的問題。 2.為優(yōu)化MU-MIMO鏈路能量效率,現(xiàn)有研究主要使用迫零波束賦形完全消除用戶間干擾,然后進(jìn)行高能量效率功率控制。完全消除用戶間干擾會(huì)降低功率控制的自由度,造成能量效率性能受限。論文基于非完全用戶問干擾消除首先提出了一種上行高能量效率聯(lián)合波束賦形與功率控制算法(EEJBPC, Energy-Efficient Joint Beamform-ing and Power Control);然后聯(lián)合使用MU-MIMO系統(tǒng)上下行對(duì)偶性提出了一種下行EEJBPC算法,算法解決了下行EEJBPC問題求解中存在的用戶SINR與其他用戶波束賦形向量耦合的難題。仿真分析表明所提上下行算法能獲得更優(yōu)的能量效率,且都具有很好收斂性。 3.圍繞現(xiàn)有OFDMA網(wǎng)絡(luò)高能量效率資源管理存在的對(duì)能量資源來源與使用方式認(rèn)識(shí)不足的問題,本論文從關(guān)注能量資源本質(zhì)特性入手,對(duì)OFDMA網(wǎng)絡(luò)高能量效率資源管理展開研究。首先挖掘出了能量資源的本質(zhì)特性——上行用戶可使用的能量資源總量由各自電池電量決定,下行系統(tǒng)中為用戶傳輸數(shù)據(jù)消耗的能量資源都統(tǒng)一由基站供給。然后分析該特性對(duì)OFDMA網(wǎng)絡(luò)高能量效率資源管理的影響,得出了上行高能量效率資源管理公平性應(yīng)考慮用戶間電量差異性,以及下行高能量效率資源管理須綜合考慮速率公平性、能量效率、頻譜效率的結(jié)論。最后針對(duì)上行OFDMA網(wǎng)絡(luò),提出了電量敏感的高能量效率資源管理公平性模型,并設(shè)計(jì)了一種基于電量敏感公平性的高能量效率最優(yōu)功率控制算法以驗(yàn)證模型性能,仿真分析表明所提模型與算法能獲得與現(xiàn)有算法幾乎相同的網(wǎng)絡(luò)能量效率,同時(shí)大幅提高了用戶電池的平均工作時(shí)間與用戶基于自身電量對(duì)工作時(shí)間的滿意度；針對(duì)下行OFDMA網(wǎng)絡(luò),提出了一種基于速率公平性的高能量效率-頻譜效率資源管理算法,仿真表明算法在保證速率公平性的同時(shí)優(yōu)化了能量效率和頻譜效率。 4.CA場(chǎng)景下高能量效率網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃會(huì)受到設(shè)備硬件能力受限、載波間頻譜異質(zhì)性和載波問可用帶寬差異性等新挑戰(zhàn),論文提出了一種CA場(chǎng)景下高能量效率網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃算法。首先,提出了考慮設(shè)備最大可配置射頻鏈數(shù)與最大射頻鏈帶寬的資源模型、載波聚合基站的功率消耗模型；在此基礎(chǔ)上,建立了CA場(chǎng)景下高能量效率網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃模型。然后,為求解這一NP-hard問題,設(shè)計(jì)了一種初始值隨機(jī)的兩步禁忌搜索算法,解決了禁忌搜索應(yīng)用過程中存在的無法人工選擇可行初始解、多載波場(chǎng)景下搜索復(fù)雜度較高的難題。分析與仿真證明算法能大幅提升能量效率,且具有較好收斂性與較低復(fù)雜度。 5.針對(duì)單一載波網(wǎng)絡(luò)的高能量效率資源管理算法無法實(shí)現(xiàn)CA場(chǎng)景下必須的載波配置,而CA場(chǎng)景下傳統(tǒng)高頻譜效率資源管理算法能量效率較低的問題,研究了CA場(chǎng)景下高能量效率資源管理�？紤]CA場(chǎng)景下高能量效率子載波分配可以重用現(xiàn)有單一載波網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)算法,論文首先設(shè)計(jì)了一種最優(yōu)高能量效率載波配置與功率控制算法,然后基于載波配置的特性與巧妙地分解功率控制問題,提出了一種低復(fù)雜度的次優(yōu)算法。仿真實(shí)驗(yàn)表明所提兩種算法都能顯著提高能量效率,且次優(yōu)算法以較小的能量效率損失換取了大幅復(fù)雜度降低。
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TN929.5
【圖文】：

北京郵電大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文同，MMO技術(shù)分為SU-MIMO和MU-MIMO兩類。前者實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)后者則可以進(jìn)行點(diǎn)到多點(diǎn)的傳輸，兩種系統(tǒng)的示意圖如圖2-1所示。

I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I(a)集中式 （b)分布式 （c)隨機(jī)式圖2-2 0FDMA映射方式示意圖晸映射方式中，集中式和分布式映射實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，被LTE、WiMax廣泛應(yīng)MA網(wǎng)絡(luò)的容量是動(dòng)態(tài)的，主要由資源管理決定。因此OFDMA網(wǎng)絡(luò)資究廣受關(guān)注。除了資源管理，多小區(qū)OFDMA網(wǎng)絡(luò)中小區(qū)間干擾消除DMA研究的重要方向。CA技術(shù)到更高的網(wǎng)絡(luò)吞吐量，加大網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)帶寬是最直接的方式，如LTE-Ax IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)在制定時(shí)都規(guī)定系統(tǒng)帶寬最大支持lOOMHz。但根據(jù)譜分配狀況，運(yùn)營商幾乎不可能找到如此寬的連續(xù)頻段，能聚合使用多CA技術(shù)fi9]應(yīng)運(yùn)而生。引入CA技術(shù)后，一方面網(wǎng)絡(luò)要后向兼容部署在的網(wǎng)絡(luò)，另一方面還要能管理聚合的載波。為此，需對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源管理框些改進(jìn)。改進(jìn)后，CA場(chǎng)景下網(wǎng)絡(luò)資源管理框架如圖2-3所示。接入控制

圖2-2 0FDMA映射方式示意圖晸三種映射方式中，集中式和分布式映射實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，被LTE、WiMax廣泛應(yīng)。OFDMA網(wǎng)絡(luò)的容量是動(dòng)態(tài)的，主要由資源管理決定。因此OFDMA網(wǎng)絡(luò)資管理研究廣受關(guān)注。除了資源管理，多小區(qū)OFDMA網(wǎng)絡(luò)中小區(qū)間干擾消除

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 王圣森;馮春燕;郭彩麗;;上行MU-SIMO中高能效聯(lián)合波束賦形與功率控制[J];北京郵電大學(xué)學(xué)報(bào);2013年05期

本文編號(hào)：2767599