【摘要】：近年來全球移動業(yè)務(wù)爆炸性地增長對無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)的容量提出了更高的要求。在無線網(wǎng)絡(luò)容量快速提升的同時,系統(tǒng)和用戶的能量效率逐漸地成為另一個重要性能指標。MIMO中繼協(xié)作傳輸技術(shù)具有提升能量效率的潛力,能夠利用有限的能量進行高速率傳輸。此外,諸如移動負載均衡和移動魯棒性優(yōu)化等無線協(xié)同資源管理技術(shù)能夠在提升系統(tǒng)容量的同時減少信令開銷,從而提升能量效率。因此,本文主要研究了能效增強的MIMO中繼協(xié)作傳輸和移動魯棒性優(yōu)化問題。主要工作和創(chuàng)新點如下:第一,針對雙向中繼系統(tǒng)中用戶對于能量效率和頻譜效率的不同需求,提出了一種基于用戶能效的源節(jié)點和中繼節(jié)點聯(lián)合預(yù)編碼方案,實現(xiàn)了用戶能效和譜效的一體化折衷設(shè)計。為了解決基于MIMO雙向中繼的信息與能量協(xié)同傳輸系統(tǒng)中數(shù)據(jù)流和能量流正交接收時性能下降問題,在考慮源節(jié)點能量受限的情況下,提出了一種基于能量回傳的功率控制和預(yù)編碼聯(lián)合設(shè)計方案。所提方案基于系統(tǒng)速率最優(yōu)和各節(jié)點發(fā)射功率約束,首先將聯(lián)合問題分解為功率控制和中繼預(yù)編碼設(shè)計兩個嵌套子問題;其次得到功率控制問題的全局最優(yōu)閉式解和中繼預(yù)編碼的近似最優(yōu)解。第二,為了提升基于同時同頻全雙工技術(shù)的單向MISO中繼系統(tǒng)的傳輸效率,提出了一段式源節(jié)點和中繼聯(lián)合預(yù)編碼方案。該方案能夠充分利用能量回傳和同時同頻全雙工技術(shù),使得能量信息的兩跳傳輸在同時同頻完成,顯著提升系統(tǒng)性能。該方案所提算法可以利用較低的計算復(fù)雜度得到全局最優(yōu)預(yù)編碼策略。研究了基于單向全雙工MIMO中繼的無線傳能網(wǎng)絡(luò)傳輸問題,提出了一種源節(jié)點和中繼聯(lián)合多流預(yù)編碼設(shè)計方案。該方案首先從理論上證明了最優(yōu)預(yù)編碼奇異值矩陣需要滿足的條件;其次將聯(lián)合預(yù)編碼問題分解為相互耦合的源節(jié)點和中繼預(yù)編碼設(shè)計問題分別求解。第三,針對超密集網(wǎng)絡(luò)中用戶頻繁切換導(dǎo)致的吞吐量的下降、信令交互能耗的增多、能量效率下降以及實際系統(tǒng)中系統(tǒng)模型獲取困難的問題,提出了一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的協(xié)作深度強化學習的雙層切換優(yōu)化方案。所提方案在上層部署一個基于非監(jiān)督學習的中央控制器,能夠根據(jù)用戶移動模式將用戶分到不同的簇;簇中用戶利用協(xié)作強化學習架構(gòu)得到切換控制器。提出的策略利用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為控制器,將參數(shù)保存在簇參數(shù)服務(wù)器中。因為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有泛化能力,所以有限的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)能夠表示整個狀態(tài)空間,從而避免用戶在進入新場景(區(qū)域)后的性能下降。另外,提出了兩種利用預(yù)訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)的方法:離線和在線方法。在線方法會令用戶從簇參數(shù)服務(wù)器周期性地下載控制器參數(shù),并在此基礎(chǔ)上進行參數(shù)的迭代更新。在離線方法中,用戶將預(yù)訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)作為參數(shù)確定的控制器;最后,利用監(jiān)督學習初始化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以加快強化學習的訓(xùn)練。
【圖文】：

圖１－１：本文研究中繼系統(tǒng)分類示意圖逡逑倍提高系能量效率的潛力

Ｓｌ邋—Ｒ邋Ｊ＿＿邋—Ｓ２邋Ｓｌ邐Ｒ邋—－Ｉ邋Ｓ２逡逑圖１－１：本文研究中繼系統(tǒng)分類示意圖逡逑倍提高系統(tǒng)能量效率的潛力。文獻［５５－５７］在雙向ＭＩＭＯ中繼系統(tǒng)中研究了高能效逡逑的傳輸策略。文獻［５５］研究了高能效的功率分配策略。文獻［５６］提出了能效優(yōu)先的逡逑天線選擇算法。文獻［５７］在中繼預(yù)編碼固定的情況下，提出了源節(jié)點預(yù)編碼和功率逡逑聯(lián)合優(yōu)化策略。然而，已有研究［５５＿５７］均沒有聯(lián)合優(yōu)化源節(jié)點和中繼節(jié)點的傳輸策逡逑略。另一方面，系統(tǒng)能量效率，即整個系統(tǒng)的容量與所耗能量比值，無法有效地滿逡逑足在多樣的使用場景中各種類型用戶對于能量效率和頻譜效率不同的需求，因此需逡逑要研宄基于用戶能效的傳輸策略。在雙向中繼網(wǎng)絡(luò)中，，研宄基于用戶能效的能量增逡逑強傳輸策略正是本文重點之一。逡逑Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ邐＞逡逑Ｅｎｅｒｇｙ邐？逡逑邐ＳＷ１ＰＴ邐邋邐ＷＰＣ邐逡逑邐Ｓｅｐａｒａｔｅ邐逡逑邐邐Ｃｏ－Ｌａｃａｔｅｄ逡逑邐邋ＩＲ邐
【學位授予單位】：北京郵電大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN929.5

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本文編號：2702991