无线多跳中继网络协作资源分配与优化.pdf

西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。,在年解密后适用本授权书;,使用本授权书。(请在以上方框内打“、/’,)?一虢案博指导剖币撕:专之n蹶刎|鹕哆西南交通大学博士学位论文创新性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体,均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本学位论文的主要创新点如下:1)现有的动态频谱规划策略都是根据链路负载需求或干扰情况等以提高系统吞吐量为目标。本文针对正交频分多址接)\(ess,OFDMA)多跳中继网络,综合考虑用户的速率需求、信道质量和干扰情况,以能效为优化目标,提出一种基于能效的动态频谱规划策略。基于实际系统中离散的自适应调制编码(Adaptivemodulationandcodingscheme,AMC)建立了能效最优化频谱规划模型,并采用最优化理论中的整数规划对模型进行求解。分析结果表明,基于能效的频谱规划策略在保证用户速率需求的情况下降低了总发射能量,提高了能量使用效率,并且对用户不均匀分布场景有较强的适应性。(第2章)2)针对负载失衡或热点覆盖无线中继网络,提出一种基于负载均衡的自适应中继选择和频谱转移联合优化策略。定义了一种衡量一个站点对周围同频站点干扰程度的干扰量,为某站点对其他站点的干扰提供了量化分析指标。当用户申请接入时,首先根据各条链路的信道状况选择首选接入站点和备选接入站点,当首选接入站点负载过重而无足够资源使其接入时,对接入备选站点和从与首选站点同扇区的其他站点向首选站点进行频谱转移的性能进行比较,选择一种维持系统性能较好的方式接入。分析结果表明,所提算法在中心小区的频谱效率和阻塞率都优于单一的基于负载均衡的中继选择策略和单一的基于负载均衡的频谱转移策略,并且平均干扰量也最低,表明对周围小区的系统性能影响较小。(第3章)3)现有OFDMA中继网络资源分配的研究均采用固定时域配置下的频域分配和功率分配,不能很好适应用户业务在时域上的变化。本文针对OFDMA中继网络提出一种可最优节能的资源分配策略和一种简化的节能资源分配策略,为资源分配问题建立一般化的模型,即动态分配时域资源、频域资源和功率资源,所建模型具有很强的灵活性和适应性,不仅适用于固定时域分配系统,也适用于非固定时域分配系统。此外针对非满负荷业务,在保证用户服务质量的情况下,以节能为目标对无线非协作中继网络的资源分配进行能效最大化建模,使用拉格朗日乘数法对模型求解。考虑到算法复杂度,应用指派问题中的匈牙利算法设计出一种简化的资源分配策略。分析结果表明,最优节能资源分配算法能够得到能效的最大化,而简化节能资源分配算法与最优节能资源分配算法在能效上的差距不足5%,但算法复杂度得到了显著降低。而且,动态分配时域资源比固定时域分配对用户分布不均或链路分布不均有更强的适应性。(第4章)4)与现有资源分配方法中大都直接为用户分配资源不同,在资源分配前首先执行调度策略,把用户信息转换成数据包的优先级队列,以保证公平性和较高的吞吐量。以节约能量消耗为目标,为OFDMA中继网络建立离散型的时域、子载波、比特和功率联合分配模型,并给出最优化求解方法,同时,通过把原始问题分解成三个子问题,提出一种基于分解的简化次优算法。在功率受限系统中,当用户数较少而资源充足时,队列中的所有数据包都能够在一个资源分配周期传输,此时所提节能算法可以尽可能的降低系统能量消耗。当用户数较多而资源不足时,系统将使用最大功率尽可能的服务更多的数据包,用户调度算法将在使用最大功率时保证公平性及吞吐量。分析结果表明,在功率非受限系统或功率受限系统资源充足时,所提的简化次优算法所消耗的能量接近最优算法。另外,由于所提的资源分配策略是基于数据包的优先级队列,所以本文也提出了一种考虑了中继选择结果和用户服务类型的调度策略,结果表明,所提调度算法的公平因子与传统比例公平算法接近,并且吞吐量要优于传统比例公平算法。(第5章)5)研究两个单天线的用户与一个双天线的基站组成2*2虚拟MIMO的情况,将配对策略与调度算法结合考虑,提出一种基于信噪比门限的虚拟MIMO部分用户配对算法。所提策略中,接入系统的用户并非全部采用配对策略,作为吞吐量和公平性的折中考虑,根据其信干噪比值决定其是否采用配对传输。信道条件较好的用户