本文關(guān)鍵詞：LTE-Advanced系統(tǒng)中無線資源分配技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展以及移動(dòng)用戶對(duì)高速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求的不斷提升,移動(dòng)通信系統(tǒng)經(jīng)歷了由模擬系統(tǒng)到第4代移動(dòng)通信系統(tǒng)的多次變革與演進(jìn)。LTE-Advanced系統(tǒng)作為準(zhǔn)4G系統(tǒng)—LTE的進(jìn)一步演進(jìn),通過引入?yún)f(xié)作多點(diǎn)(CoMP)傳輸、終端直通(D2D)通信等多種關(guān)鍵技術(shù),達(dá)到提高系統(tǒng)頻譜效率、增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力、降低小區(qū)基站負(fù)載的目標(biāo)。另一方面,LTE-Advanced系統(tǒng)中伴隨著多媒體業(yè)務(wù)的急劇增長和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)容,所產(chǎn)生的能源緊缺和環(huán)境污染問題也愈加嚴(yán)重,在未來無線通信系統(tǒng)中,頻譜效率的提升不再是衡量網(wǎng)絡(luò)性能的唯一標(biāo)準(zhǔn),非可再生能源供給下的能量效率以及綠色能源供給下的網(wǎng)絡(luò)可持續(xù)性,已成為新一代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。然而由于移動(dòng)通信系統(tǒng)中無線資源的稀缺性與無線信道的不穩(wěn)定性,如何對(duì)有限的資源進(jìn)行合理配置以滿足用戶的業(yè)務(wù)需求和網(wǎng)絡(luò)的各類性能指標(biāo),是LTE-Advanced系統(tǒng)需要研究的核心問題。本論文對(duì)LTE-Advanced系統(tǒng)中的無線資源分配技術(shù)進(jìn)行了深入的研究,針對(duì)CoMP網(wǎng)絡(luò)和D2D輔助通信的蜂窩網(wǎng)絡(luò),采用智能群體優(yōu)化、凸優(yōu)化、分?jǐn)?shù)規(guī)劃以及排隊(duì)論等技術(shù)手段,提出了關(guān)于能量資源、時(shí)頻資源和空域資源的優(yōu)化分配策略。本文將性能指標(biāo)的演進(jìn)作為貫穿全文的線索,按照由頻譜效率到能量效率再到能量供給可持續(xù)性的順序逐層展開,形成了以下幾個(gè)方面的研究內(nèi)容和創(chuàng)新：1.針對(duì)CoMP JT網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景,分別從啟發(fā)式和最優(yōu)化兩個(gè)角度出發(fā)研究了基于容量最優(yōu)的頻譜資源分配策略。對(duì)于啟發(fā)式的頻譜資源分配策略,首先提出了種半動(dòng)態(tài)協(xié)作集合選擇方法,解決了協(xié)作節(jié)點(diǎn)選取問題中性能與復(fù)雜度開銷之間的矛盾,然后在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了適用于協(xié)作集重疊的頻譜資源分配算法,該算法為中心用戶和邊緣用戶提供平等的機(jī)會(huì)去使用頻譜資源,在保證用戶公平性的同時(shí)提升了小區(qū)用戶的平均吞吐量。接下來從最優(yōu)化的角度出發(fā),提出了基于改進(jìn)粒子群優(yōu)化的頻譜資源分配策略,該策略重點(diǎn)分析了邊緣用戶性能與系統(tǒng)整體性能之間的關(guān)系,通過引入邊緣用戶權(quán)重因子控制目標(biāo)函數(shù)中邊緣用戶吞吐量所占比例,構(gòu)建了CoMPJT下頻譜分配的有約束非線性0一1規(guī)劃模型,并根據(jù)問題模型對(duì)二進(jìn)制變量優(yōu)化、約束處理和加速收斂等方面進(jìn)行改進(jìn),進(jìn)一步形成了適用于CoMP JT頻譜資源分配的二進(jìn)制約束型粒子群優(yōu)化算法,該算法通過調(diào)整權(quán)重因子的取值有效地均衡了邊緣用戶和系統(tǒng)整體的性能,在權(quán)重因子設(shè)置合理的情況下相比于現(xiàn)有方法對(duì)邊緣用戶吞吐量和系統(tǒng)整體吞吐量均有較大的提升。2.針對(duì)蜂窩與D2D混合網(wǎng)絡(luò),提出了一種基于容量最優(yōu)的頻譜與功率分配策略。該策略通過對(duì)D2D用戶復(fù)用蜂窩上行鏈路資源時(shí)的干擾場(chǎng)景進(jìn)行分析,以最大化系統(tǒng)總?cè)萘繛槟繕?biāo)對(duì)蜂窩用戶與D2D用戶的資源分配進(jìn)行全局統(tǒng)一建模,該模型不再限制使用相同頻譜資源的D2D用戶數(shù)以及D2D用戶可復(fù)用的資源數(shù),從而提升了D2D資源復(fù)用的自由度。為了降低求解復(fù)雜度將容量優(yōu)化問題分解為兩個(gè)子問題,并進(jìn)一步設(shè)計(jì)了兩階段資源分配策略。首先基于增量貪婪的思想,提出了改進(jìn)的貪婪頻譜分配算法,算法中通過引入用戶交換和剔除操作避免分配結(jié)果陷入局部最優(yōu)；在頻譜分配結(jié)果確定后,采用拉格朗日對(duì)偶理論將功率優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化到相應(yīng)的對(duì)偶域求解,并提出了基于兩層迭代的最優(yōu)功率分配算法。以上資源分配策略根據(jù)信道狀態(tài)信息動(dòng)態(tài)調(diào)整蜂窩用戶與D2D設(shè)備所使用的RB以及在各RB上的傳輸功率,在保證蜂窩用戶性能的基礎(chǔ)上提升了D2D用戶的傳輸速率和網(wǎng)絡(luò)的總?cè)萘俊?.針對(duì)CoMP CS/CB下行多天線場(chǎng)景,分別提出了基于能量效率最大化和基于能量效率一頻譜效率折中的協(xié)調(diào)用戶調(diào)度、波束賦形和功率分配策略。為了有效地度量網(wǎng)絡(luò)的能量效率,首先綜合考慮數(shù)據(jù)傳輸、信號(hào)處理、回程鏈路損耗等各方面的能量消耗,對(duì)多小區(qū)協(xié)作系統(tǒng)的總功耗進(jìn)行數(shù)學(xué)抽象,進(jìn)而結(jié)合系統(tǒng)總?cè)萘糠治霁@得能效優(yōu)化目標(biāo)。基于該目標(biāo)針對(duì)第一類能效最大化問題構(gòu)建了關(guān)于波束賦形向量與用戶調(diào)度策略的分?jǐn)?shù)規(guī)劃模型,然后基于丁克爾巴赫定理將原問題轉(zhuǎn)化為含參量的非分?jǐn)?shù)形式等價(jià)問題并采用牛頓迭代算法對(duì)最優(yōu)能效進(jìn)行求解。對(duì)于牛頓迭代算法中內(nèi)嵌的子優(yōu)化問題,分別設(shè)計(jì)了基于一階最優(yōu)條件的迭代波束賦形向量優(yōu)化算法和改進(jìn)的貪婪用戶調(diào)度算法。所提算法能夠快速收斂到能效最優(yōu)解,并且對(duì)系統(tǒng)能量效率有較大的提升。對(duì)于第二類基于能量效率-頻譜效率折中的無線資源優(yōu)化問題,通過引入最低速率約束使得每個(gè)用戶的傳輸質(zhì)量得到有效保證。在問題的求解過程中,首先綜合牛頓迭代算法和二分法的優(yōu)勢(shì),采用基于改進(jìn)二分搜索的資源分配算法進(jìn)行能效尋優(yōu),隨后進(jìn)一步提出了基于一階凸近似的子問題求解方法和基于比特加載的速率約束優(yōu)化算法。仿真結(jié)果表明,所提算法通過調(diào)整最低速率限制實(shí)現(xiàn)了用戶速率與能量效率的有效均衡。4.針對(duì)可再生能源供給的CoMP網(wǎng)絡(luò)和蜂窩與D2D混合網(wǎng)絡(luò),分別設(shè)計(jì)了基于能量可持續(xù)性的無線資源分配策略。由于可再生能源的供給能力具有高動(dòng)態(tài)時(shí)變特性,因此基站中儲(chǔ)能的變化過程是一個(gè)隨機(jī)過程,首先借助排隊(duì)理論,對(duì)能量變化過程的統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行分析,將該過程建模為G/G/1排隊(duì)模型,并進(jìn)一步推導(dǎo)出了關(guān)于能量可持續(xù)時(shí)長的條件概率密度函數(shù)和均值表達(dá)式。接下來對(duì)可再生能源供給CoMP網(wǎng)絡(luò)中的無線資源分配問題進(jìn)行抽象建模,在建模過程中為了保證網(wǎng)絡(luò)整體的不間斷通信和各基站之間的公平性,將最大化最小能量可持續(xù)時(shí)長作為資源分配的優(yōu)化目標(biāo),并綜合考慮了用戶的QoS需求。對(duì)于問題的求解,結(jié)合能量可持續(xù)時(shí)長的統(tǒng)計(jì)特性分析獲得了關(guān)于基站傳輸功率的兩個(gè)等價(jià)約束,并提出了一種低復(fù)雜度的半分布式迭代資源分配算法,該算法在保證用戶傳輸性能的基礎(chǔ)上提升了CoMP網(wǎng)絡(luò)整體的可持續(xù)性。最后研究了可再生能源供電下D2D通信網(wǎng)絡(luò)的功率分配問題,通過變量代換克服了原問題的非凸特性并獲得了全局最優(yōu)功率的閉式解,進(jìn)一步提出了基于拉格朗日對(duì)偶理論的迭代功率分配算法。該算法以D2D用戶傳輸總速率為優(yōu)化準(zhǔn)則,綜合考慮了網(wǎng)絡(luò)的可持續(xù)工作時(shí)長、蜂窩用戶的QoS需求、基站與用戶的發(fā)射功率限制等約束條件。仿真結(jié)果表明,所提出的算法在保證基站正常能量供給的同時(shí),有效地提升了D2D通信所帶來的性能增益。
【關(guān)鍵詞】：LTE-Advanced系統(tǒng) 協(xié)作多點(diǎn)傳輸 終端直通通信 系統(tǒng)容量 能量效率 網(wǎng)絡(luò)可持續(xù)性 頻譜資源分配 功率分配 波束賦形 粒子群優(yōu)化 凸優(yōu)化 排隊(duì)論
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN929.5
【目錄】：

• 摘要5-8
• ABSTRACT8-16
• 符號(hào)對(duì)照表16-17
• 縮略語對(duì)照表17-24
• 第一章 緒論24-52
• 1.1 課題研究背景和意義24-26
• 1.2 LTE-Advanced系統(tǒng)中資源分配的研究目標(biāo)26-28
• 1.3 LTE-Advanced系統(tǒng)中資源分配的研究內(nèi)容28-29
• 1.4 論文的主要研究場(chǎng)景29-35
• 1.4.1 協(xié)作多點(diǎn)傳輸網(wǎng)絡(luò)30-32
• 1.4.2 蜂窩與D2D通信混合網(wǎng)絡(luò)32-35
• 1.5 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀35-44
• 1.5.1 CoMP協(xié)作集合選擇和頻譜資源分配技術(shù)的研究現(xiàn)狀36-38
• 1.5.2 D2D輔助通信網(wǎng)絡(luò)中的無線資源分配技術(shù)研究現(xiàn)狀38-40
• 1.5.3 基于能效優(yōu)化的資源分配技術(shù)研究現(xiàn)狀40-42
• 1.5.4 基于可再生能源供給的資源分配技術(shù)研究現(xiàn)狀42-44
• 1.6 論文的主要研究內(nèi)容與創(chuàng)新44-49
• 1.6.1 CoMP聯(lián)合傳輸頻譜資源分配方法的研究44-45
• 1.6.2 蜂窩與D2D’混合網(wǎng)絡(luò)中的無線資源分配研究45-46
• 1.6.3 基于最優(yōu)能量效率的無線資源分配研究46-48
• 1.6.4 基于可再生能源供給的無線資源分配研究48-49
• 1.7 論文的組織結(jié)構(gòu)49-52
• 第二章 CoMP聯(lián)合傳輸頻譜資源分配方法的研究52-78
• 2.1 引言52-54
• 2.2 CoMP JT系統(tǒng)模型描述54-56
• 2.2.1 CoMP場(chǎng)景中用戶類型的劃分方法54-55
• 2.2.2 小區(qū)中心用戶傳輸模型55
• 2.2.3 小區(qū)邊緣用戶協(xié)作傳輸模型55-56
• 2.3 CoMP JT場(chǎng)景下的半動(dòng)態(tài)協(xié)作方法56-65
• 2.3.1 半動(dòng)態(tài)小區(qū)協(xié)作集合選擇方法56-58
• 2.3.2 協(xié)作集重疊的頻譜資源分配算法58-60
• 2.3.3 仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析60-64
• 2.3.4 研究點(diǎn)小結(jié)64-65
• 2.4 基于粒子群優(yōu)化的CoMP JT頻譜分配算法65-76
• 2.4.1 頻譜分配優(yōu)化問題建模65-67
• 2.4.2 粒子群算法原理67-68
• 2.4.3 提出的頻譜分配算法68-72
• 2.4.4 仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析72-75
• 2.4.5 研究點(diǎn)小結(jié)75-76
• 2.5 本章小結(jié)76-78
• 第三章 蜂窩與D2D混合網(wǎng)絡(luò)中的無線資源分配研究78-104
• 3.1 引言78-79
• 3.2 資源復(fù)用干擾場(chǎng)景分析及優(yōu)化問題建模79-82
• 3.3 頻譜資源分配算法82-87
• 3.3.1 基于貪婪思想的頻譜資源分配82-83
• 3.3.2 貪婪算法存在的缺陷83-84
• 3.3.3 改進(jìn)的貪婪頻譜資源分配算法84-87
• 3.4 功率分配算法87-96
• 3.4.1 拉格朗日對(duì)偶理論87-88
• 3.4.2 KKT條件88-89
• 3.4.3 非凸優(yōu)化問題的對(duì)偶理論89-91
• 3.4.4 基于對(duì)偶分解的功率分配算法91-94
• 3.4.5 對(duì)偶差額分析94-96
• 3.5 仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析96-101
• 3.5.1 仿真參數(shù)設(shè)置96-97
• 3.5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析97-101
• 3.6 本章小結(jié)101-104
• 第四章 基于最優(yōu)能量效率的無線資源分配研究104-140
• 4.1 引言104-106
• 4.2 系統(tǒng)場(chǎng)景描述及功率消耗建模106-108
• 4.3 基于能效最大化的無線資源分配108-124
• 4.3.1 優(yōu)化問題建模108-109
• 4.3.2 分?jǐn)?shù)規(guī)劃及其重要性質(zhì)109-110
• 4.3.3 基于牛頓迭代的能效最優(yōu)資源分配算法110-112
• 4.3.4 基于一階最優(yōu)條件的迭代波束賦形向量優(yōu)化算法112-116
• 4.3.5 改進(jìn)的貪婪用戶調(diào)度算法116-118
• 4.3.6 仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析118-124
• 4.3.7 研究點(diǎn)小結(jié)124
• 4.4 基于最低傳輸速率約束的能效最優(yōu)無線資源分配124-139
• 4.4.1 優(yōu)化問題建模124-125
• 4.4.2 基于改進(jìn)二分搜索的能效最優(yōu)資源分配算法125-129
• 4.4.3 基于一階凸近似的子問題求解129-132
• 4.4.4 比特加載算法132-135
• 4.4.5 仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析135-138
• 4.4.6 研究點(diǎn)小結(jié)138-139
• 4.5 本章小結(jié)139-140
• 第五章 基于可再生能源供給的無線資源分配研究140-170
• 5.1 引言140-142
• 5.2 基站能量緩沖模型與ESD統(tǒng)計(jì)特性分析142-146
• 5.3 CoMP網(wǎng)絡(luò)中基于可再生能源供給的無線資源分配146-159
• 5.3.1 系統(tǒng)場(chǎng)景與問題建模146-148
• 5.3.2 約束條件(C20.1)的等價(jià)轉(zhuǎn)化148-149
• 5.3.3 半分布式聯(lián)合調(diào)度與功率分配算法149-154
• 5.3.4 算法收斂特性和復(fù)雜度分析154
• 5.3.5 仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析154-159
• 5.3.6 研究點(diǎn)小結(jié)159
• 5.4 可再生能源供給下蜂窩與D2D混合網(wǎng)絡(luò)中的功率分配159-168
• 5.4.1 系統(tǒng)模型及問題描述159-161
• 5.4.2 迭代功率分配算法161-164
• 5.4.3 仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析164-167
• 5.4.4 研究點(diǎn)小結(jié)167-168
• 5.5 本章小結(jié)168-170
• 第六章 結(jié)論與展望170-174
• 6.1 主要工作與貢獻(xiàn)170-172
• 6.2 后續(xù)研究工作展望172-174
• 參考文獻(xiàn)174-186
• 致謝186-188
• 作者簡介188-190

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中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉鴻展;GMR通信系統(tǒng)無線資源控制層協(xié)議軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

2 郝偉;Femtocell網(wǎng)絡(luò)中基于無線資源虛擬化的資源分配研究[D];西安電子科技大學(xué);2014年

3 李露;高鐵環(huán)境下LTE無線資源調(diào)度算法研究[D];蘭州交通大學(xué);2015年

4 周曉倩;策略機(jī)制下的聯(lián)合無線資源管理技術(shù)研究[D];西安電子科技大學(xué);2012年

5 朱俐;“動(dòng)中通”網(wǎng)絡(luò)無線資源管理技術(shù)研究[D];電子科技大學(xué);2005年

6 王維嘉;異構(gòu)融合無線網(wǎng)絡(luò)的無線資源管理算法研究[D];北京郵電大學(xué);2012年

7 李建;基于FDD LTE-A系統(tǒng)下行無線資源管理技術(shù)研究[D];南京郵電大學(xué);2014年

8 向望;基于CAPWAP的無線資源管理技術(shù)研究與優(yōu)化[D];復(fù)旦大學(xué);2009年

9 賀明;無線資源動(dòng)態(tài)配置及優(yōu)化系統(tǒng)的應(yīng)用[D];重慶大學(xué);2005年

10 鐘玲;基于網(wǎng)管數(shù)據(jù)的WCDMA無線資源利用率計(jì)算方法研究[D];北京郵電大學(xué);2013年

  本文關(guān)鍵詞：LTE-Advanced系統(tǒng)中無線資源分配技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：360701