本文選題：多小區(qū)協(xié)作處理　切入點：協(xié)作資源效率　出處：《鄭州大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：隨著無線通信需求的持續(xù)高速增長,無線頻譜資源短缺的問題日益突出。降低頻率復用因子是蜂窩移動通信系統(tǒng)顯著提高頻譜效率的有效手段。但在臨近小區(qū)使用相同時頻資源會導致較強的小區(qū)間干擾,嚴重制約系統(tǒng)容量,小區(qū)邊緣用戶服務質量(Quality of Service,QoS)更是會急劇惡化。在超密集網絡(Ultra Dense Network,UDN)中,小區(qū)間干擾是制約網絡吞吐率的關鍵因素之一。多小區(qū)協(xié)作處理技術(Multi-Cell Processing,MCP)通過基站間的信息交互,實現(xiàn)聯(lián)合發(fā)送/接收和協(xié)作處理,有效抑制小區(qū)間干擾,提高系統(tǒng)容量和邊緣用戶服務質量。協(xié)作接收是上行鏈路MCP的重要形式,雖然網絡內所有基站全部參與協(xié)作,理論上能夠最大化協(xié)作增益,但同時也會帶來巨大的協(xié)作開銷,包括額外的同步和信道估計、協(xié)作信息交互與協(xié)作處理、時延等。分簇協(xié)作接收,將協(xié)作處理范圍縮小至協(xié)作簇內,僅對簇內的小區(qū)間干擾進行協(xié)作消除,與所有小區(qū)同時參加的完全協(xié)作相比,能夠在獲得大部分性能增益的同時,顯著減小協(xié)作規(guī)模、降低協(xié)作開銷�，F(xiàn)有關于分簇算法多關注協(xié)作資源充裕時對分簇協(xié)作增益的優(yōu)化,缺乏對協(xié)作資源有限時協(xié)作資源效率的優(yōu)化研究。MCP分簇算法的設計,不僅是協(xié)作接收操作和處理的先決條件,也是實現(xiàn)協(xié)作資源有效利用的根本。本論文以多小區(qū)網絡上行鏈路協(xié)作接收和干擾消除處理為背景,研究優(yōu)化協(xié)作資源效率的小區(qū)動態(tài)分簇方法。通過將小區(qū)間協(xié)作鏈路的占用作為協(xié)作開銷,圍繞協(xié)作性能增益與協(xié)作開銷的折中,建立以用戶為中心的分簇優(yōu)化模型,以保證用戶QoS為前提,分別從基站和用戶的角度約束協(xié)作資源,優(yōu)化協(xié)作簇的設計。本論文的創(chuàng)新性研究成果主要包括:(1)針對協(xié)作開銷的優(yōu)化問題,提出了最小化協(xié)作簇規(guī)模的動態(tài)分簇算法。以關于給定傳輸速率閾值的中斷概率評估用戶QoS,在盡可能使網絡內所有用戶滿足QoS需求的前提下,構建了最小化協(xié)作簇的分簇優(yōu)化框架,并通過對偶分解和次梯度法求出近似解。進而引入協(xié)作簇規(guī)模上限和每基站協(xié)作鏈路總數(shù)上限約束,建立了約束協(xié)作資源時最小化協(xié)作簇的分簇優(yōu)化問題,并基于貪婪算法提出了相應的最小化協(xié)作簇動態(tài)分簇算法。仿真結果表明,協(xié)作資源無約束時,所提分簇算法的中斷概率性能遠優(yōu)于現(xiàn)有典型分簇算法;對協(xié)作資源進行約束后,所提分簇算法能夠在保證用戶QoS的同時,顯著降低協(xié)作開銷。(2)針對協(xié)作傳輸性能與協(xié)作開銷的組合優(yōu)化問題,以最小化中斷用戶數(shù)和最小化協(xié)作簇作為優(yōu)化目標,把以用戶為中心的動態(tài)分簇問題建模為多目標規(guī)劃問題,提出了最小化中斷用戶數(shù)的動態(tài)分簇算法。為了降低網絡內的總協(xié)作開銷,放棄對必然發(fā)生中斷的用戶分配協(xié)作簇,提出了協(xié)作資源無約束時最小化中斷用戶數(shù)的動態(tài)算法,并從理論上證明了解的最優(yōu)性。在約束協(xié)作簇規(guī)模的情況下建模分簇優(yōu)化問題,提出了約束協(xié)作簇規(guī)模時最小化中斷用戶數(shù)的動態(tài)分簇算法。約束基站所能提供的協(xié)作資源總量,構建了基站總協(xié)作鏈路數(shù)約束下最小化中斷用戶數(shù)的動態(tài)分簇模型,并基于貪婪算法原理提出了啟發(fā)式求解算法。與現(xiàn)有典型分簇算法相比,協(xié)作資源無約束時,由于放棄對必然發(fā)生中斷的用戶進行協(xié)作接收,所提最小化中斷用戶數(shù)的分簇算法能夠在獲得最優(yōu)中斷概率性能的同時,顯著降低平均協(xié)作簇規(guī)模和計算復雜度。約束協(xié)作簇規(guī)模和基站協(xié)作鏈路數(shù)時,所提最小化中斷用戶數(shù)的分簇算法以較小的傳輸速率損失換取協(xié)作簇規(guī)模的顯著降低,實現(xiàn)了單位協(xié)作資源消耗下最高的平均速率增益。(3)針對協(xié)作資源效率與基站協(xié)作負擔的折中問題,定義了歸一化協(xié)作增益(每條協(xié)作鏈路消耗一個回傳時頻資源塊所獲得的傳輸速率增益),用于評估協(xié)作資源的有效性,對歸一化協(xié)作增益最大化的分簇優(yōu)化框架進行建模;構建基站協(xié)作負擔約束,提出了歸一化協(xié)作增益最大化的動態(tài)分簇算法。為有效控制回傳時延,提出了協(xié)作基站距離約束下歸一化協(xié)作增益最大化的動態(tài)分簇算法。在協(xié)作基站端引入對回傳總功率和回傳總速率的約束,建立了基站協(xié)作負擔約束下歸一化協(xié)作增益的優(yōu)化模型,提出了相應的約束條件下歸一化協(xié)作增益最大化動態(tài)分簇算法。與現(xiàn)有文獻中的典型分簇算法和所提最小化中斷用戶數(shù)的分簇算法相比,約束協(xié)作基站距離和協(xié)作簇規(guī)模時的歸一化協(xié)作增益最大化分簇算法能夠在有效控制協(xié)作范圍同時,逼近協(xié)作資源效率的上界。約束基站協(xié)作負擔時,所提歸一化協(xié)作增益最大化的分簇算法不但能獲得逼近上界的協(xié)作資源效率,還能顯著降低協(xié)作回傳距離、基站回傳最高功率和協(xié)作鏈路容量要求,在有效控制基站協(xié)作負擔的同時,優(yōu)化協(xié)作資源效率。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：鄭州大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN929.5

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本文編號：1557120