本文關(guān)鍵詞： 能量效率 最差情況魯棒性 信道對角化 多小區(qū)網(wǎng)絡(luò) 半正定規(guī)劃 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò) 線性規(guī)劃　出處：《東南大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：為了降低蜂窩網(wǎng)能耗、提高小區(qū)能量效率(EE,Energy Efficiency),綠色網(wǎng)絡(luò)的概念逐漸引起廣泛關(guān)注。然而由于能效優(yōu)化相比于頻譜效率(SE,Spectral Efficiency)優(yōu)化更加復(fù)雜,大多場景下很難得到最佳能效傳輸方案。特別是在實際應(yīng)用中,信道信息(CSI,Channel State Information)通常在接收端被估計,然后接收端將估計到的信道信息反饋給發(fā)送端,該過程中不可避免將產(chǎn)生信息誤差及延時。所以通�；�(BS,Base Station)得到的信道信息都存在一定的估計誤差,獲得準(zhǔn)確的信道狀態(tài)信息非常困難。本文主要針對信道信息誤差下的魯棒性高能效傳輸設(shè)計進行了一系列的研究和優(yōu)化。首先考慮在發(fā)送端信道信息不完全的情況下,論文針對單小區(qū)場景的魯棒性能量效率進行優(yōu)化。該部分從多輸入單輸出(MISO,Multiple-Input Single-Output),多輸入多輸出(MIMO,Multiple-Input Multiple-Output)和中繼傳輸三個場景分別進行分析。針對MISO場景,研究了滿足最大化能效的最佳魯棒性預(yù)編碼策略,并給出最優(yōu)預(yù)編碼的閉式解析解。針對MIMO場景,得到了滿足最佳魯棒性能效的預(yù)編碼滿足信道對角化結(jié)構(gòu),由此可以將原來復(fù)雜的矩陣優(yōu)化問題等價地轉(zhuǎn)化為簡單的標(biāo)量優(yōu)化問題,其最佳功率分配滿足動態(tài)注水形式。針對中繼場景,論文將原來復(fù)雜的分式中繼預(yù)編碼優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為一維搜索問題。特別地,在分析幾種漸近場景時,論文中給出了簡潔的閉式最佳解及其揭示的物理意義。然后論文研究了多小區(qū)場景中的魯棒性高能效傳輸優(yōu)化問題。對于多小區(qū)場景,魯棒性波束賦形設(shè)計是一個復(fù)雜的非凸分式問題,其求解方法無法直接從單小區(qū)場景推廣獲得。為了有效求解該問題,論文通過推導(dǎo)優(yōu)化其下界,將其轉(zhuǎn)化為半正定規(guī)劃(SDP,Semidefinite Programming)的迭代優(yōu)化問題。由于迭代過程可以在多基站之間并行運算,該算法可以實現(xiàn)分布式操作,從而極大地降低計算時延。為了滿足用戶對于通信網(wǎng)絡(luò)性能不斷增長的要求,由宏基站組成的傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)拓撲也逐漸向在宏基站基礎(chǔ)上配備一系列低發(fā)射功率節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變,這種不規(guī)則的多層網(wǎng)絡(luò)通常被稱為異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)(HetNets,Heterogeneous Networks)。跟異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)一樣,能量效率也被認為是衡量未來網(wǎng)絡(luò)性能的一個重要指標(biāo)。論文最后研究了結(jié)合宏基站工作模式選擇的高能效小區(qū)接入方案。不考慮用戶服務(wù)質(zhì)量(QoS,Quality of Service)約束時,論文得到了閉式最佳解。該解為很多系統(tǒng)設(shè)計提供了理論指導(dǎo)。進一步考慮用戶QoS約束,可以將原來復(fù)雜的分式能效優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為線性規(guī)劃,從而降低了問題求解的計算復(fù)雜度。此外,論文還通過理論推導(dǎo)和數(shù)值仿真說明在實際系統(tǒng)中可以通過簡單的限制一個用戶只被一個基站服務(wù)來獲得近似最佳的網(wǎng)絡(luò)能效。
[Abstract]:In order to reduce the energy consumption of cellular network and improve the energy efficiency of the cell, the concept of green network has attracted more and more attention. However, the optimization of energy efficiency is more complex than that of spectrum efficiency. In most scenarios, it is difficult to obtain the best transmission scheme for energy efficiency. Especially in practical applications, the channel information is usually estimated at the receiving end, and then the receiver feedback the estimated channel information to the sender. In this process, information error and delay will inevitably occur. It is very difficult to obtain accurate channel state information. In this paper, a series of research and optimization for robust energy-efficient transmission design with channel information error is carried out. In this paper, the robust energy efficiency of single cell scenario is optimized. In this part, we analyze the multi-input single-output (MISOO), the multiple-input multiple-output (MIMO) and the relay transmission (MISO), respectively. The optimal robust precoding strategy for maximizing energy efficiency is studied, and the closed analytical solution of optimal precoding is given. For MIMO scenarios, a channel diagonalization structure with optimal robust performance is obtained. Thus, the original complex matrix optimization problem can be equivalent to a simple scalar optimization problem, and its optimal power allocation can satisfy the dynamic water injection form. In this paper, the original complex fractional relay precoding optimization problem is transformed into a one-dimensional search problem. In particular, when analyzing several asymptotic scenarios, In this paper, the concise closed-form optimal solution and its physical significance are given. Then, the robust energy-efficient transmission optimization problem in multi-cell scenarios is studied. Robust beamforming design is a complex non-convex fraction problem, whose solution cannot be directly derived from a single cell scene. In order to solve the problem effectively, the lower bound of the problem is optimized by derivation. It can be transformed into an iterative optimization problem of SDP (Semidefinite programming). Since the iterative process can be run in parallel between multiple base stations, the algorithm can implement distributed operations. In order to meet the requirements of the users for the increasing performance of the communication network, The traditional cellular network topology composed of Acer stations is also gradually changing to a network structure with a series of low transmit power nodes on the base of the base station. This irregular multilayer network is often called heterogeneous network. Energy efficiency is also considered to be an important index to measure the performance of future networks. Finally, an energy efficient cell access scheme based on the operation mode of Acer stations is studied. The QoS quality of Service constraints are not considered. In this paper, the closed optimal solution is obtained, which provides theoretical guidance for many system designs. Considering the user QoS constraints, the original complex fractional energy efficiency optimization problem can be transformed into linear programming. In addition, the theoretical derivation and numerical simulation show that in the practical system, the approximate optimal network energy efficiency can be obtained by simply limiting a user to only one base station service.
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN929.5

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本文編號：1519929