基于全双工自回传的小小区网络中无线资源管理技术研究

来源 :北京邮电大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:water663
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
随着高速率、低时延的新型业务以及物联网、车联网等新技术的出现,当前移动通信网络面临着巨大的压力,为此旨在提升网络容量和端到端性能的下一代移动通信网络已经进入研究阶段。在下一代移动通信网络中,小小区网络以其可以大幅提升频谱效率和能量效率、降低网络成本的优势,成为最具应用潜力技术之一,然而小小区网络的回传问题是限制小小区基站大规模部署的瓶颈。全双工自回传技术通过利用全双工技术在蜂窝频段上实现小小区基站的无线回传,不需要新的硬件设施和频谱资源,大大降低了网络成本,成为解决小小区网络回传问题最具前景技术之一,已受到学术界和工业界的广泛关注。同时,无线资源管理在控制小小区网络的复杂干扰,提升网络频谱效率和能量效率,保证用户服务质量(Quality of Service, QoS)等方面都扮演着重要角色。因此,本文研究基于全双工自回传的小小区网络中的无线资源管理技术,并结合下一代移动通信网络中其他关键技术,提出多种无线资源管理算法,通过对干扰的有效控制,合理地分配频谱以及功率控制,为用户选择最优的接入基站,保证小小区回传链路质量,提升网络频谱效率和能量效率。本文主要贡献和创新点如下:(1)在基于全双工自回传和虚拟化的小小区网络中,提出了一种基于方向交替乘子法(Alternating Direction Method of Multipliers,ADMM)的分布式虚拟资源分配策略。首先,将网络虚拟化引入到基于全双工自回传的小小区网络中,并针对该网络提出了一种虚拟化资源管理架构。其次,根据网络中用户支付价格以及虚拟运营商支付价格,将网络中虚拟资源分配问题建模为一个最大化虚拟网络运营商效益的非凸的集中式优化问题。然后,将该问题分成两步进行求解,第一步中,假设频谱分配因子已知,求解用户接入以及功率分配方案,此问题首先通过变量替换和松弛被转化为一个凸优化问题,然后利用ADMM理论提出一种分布式求解算法;第二步,利用第一步所求得结果,求解频谱分配因子。最后,通过综合两步,提出了基于ADMM的分布式虚拟资源分配算法。最后,仿真表明所提的基于全双工自回传的虚拟化小小区网络可以充分发挥全双工自回传和虚拟化的优势,可以有效提高基础设施提供商、虚拟网络运营商以及用户的收益。(2)在基于全双工自回传和大规模天线的小小区网络中,提出了一种最大化频谱效率的功率分配策略。首先,将大规模天线技术引入基于全双工自回传的小小区网络中,通过两者的结合,实现了用户的接入和小小区基站回传链路的同时同频进行,大大提升了频谱效率,有效保证了小小区基站自回传质量。其次,利用香农容量公式建模用户接入链路和小小区基站回传链路的频谱效率,将宏基站和小小区基站的功率分配问题建模为一个优化问题,以最大化网络频谱效率。再次,考虑到所建模问题为一个非凸问题,本文首先利用连续凸近似理论将原问题转换为一个差分凸规划(Difference of Convex Program,DCP)问题,然后提出一个基于受限的凹凸过程(Constrained Concave Convex Procedure,CCCP)的迭代式求解算法,并通过数学理论分析所提算法的收敛性。最后,仿真结果证明引入大规模天线可以有效提升自回传链路质量,进而提升网络的频谱效率,仿真结果表明所提功率分配算法十分有效。(3)在基于全双工自回传和能量收集的小小区网络中,提出了一种能量有效的资源分配策略。首先,将能量收集技术引入到部署有大规模天线的全双工自回传小小区网络中,小小区基站通过收集周围可再生能源供电,实现了小小区基站的自供能和自回传,大大降低网络建设成本和运营成本,并提升基站部署灵活度。其次,提出了一种基于增强型块对角化的干扰消除算法,可以同时消除跨层干扰和多用户干扰,提升网络频谱效率和能量效率。再次,为了进一步提升网络能量效率,本文将用户接入和基站功率分配问题建模为一个优化问题,最大化网络能量效率,同时考虑小小区基站的能量到达速率和用户的QoS需求,由于所建模问题为非凸问题,本文利用凸优化理论将其转换为一个DCP问题,并利用之前所提算法进行了求解。最后,仿真结果表明本文所提的自供能和自回传方案可以有效降低网络成本,同时干扰消除算法有效提升了网络的能量效率,通过优化理论所得的用户接入和基站功率分配方案降低了能耗,保证了自供能和自回传的小小区基站的平稳有效运营。
其他文献
当今世界面临着日益严峻的能源与环境问题,信息通信产业的能耗也在逐年增加,绿色通信已成为未来网络发展的必然趋势。同时,随着宽带技术的成熟与智能设备的普及,多媒体业务日渐繁盛,成为网络流量急剧增长的最主要推手,而多播传输作为多媒体业务的主要承载技术,已成为无线通信网络必不可少的环节。因此,多播传输更需要考虑能耗问题,研究节能多播传输方法有助于提升多播业务传输容量和能量利用效率,具有重要意义。本文调研总
随着信息与通信技术(ICT,Information and Communication Technology)的飞速发展,无线网络在满足用户业务量爆炸式增长的同时,其消耗的能量也在急速增长。近年来绿色节能通信技术得到了广泛而深入的研究,高能效服务控制技术作为提高网络能量效率的重要手段,逐渐成为无线通信技术研究的重点。本论文针对下一代无线移动通信网络新需求,从用户行为的角度来探索解决业务随时间变化和
杜甫是唐代伟大的现实主义诗人,在中国文学史上的影响非常深远。他忠君爱国,心系苍生,创作了许多诗歌。他忧国忧民的情怀、沉郁顿挫的诗风不断影响着不同时代的读者。从小学到初中,再到高中学生们学过不少"杜诗",保守估计不少于20首(涵盖了不同时期、不同题材的作品)。可见,教材的编者意在传递一种价值观念:杜甫忧国忧民的情怀是中华民族宝贵的精神财富。今天,笔者就来解读一下《中国古代诗歌欣赏》中的《阁夜》
期刊
随着移动互联网的迅速发展,无线数据业务呈现爆炸式的增长,信息通信服务所产生的能量消耗越来越受到了社会的广泛关注。当前的第三代、第四代移动通信系统面临着频谱资源短缺,能量消耗过大及传输速率难以满足未来通信发展的需求。因此,如何利用有限的资源最大幅度地提高传输速率和降低能耗成为未来第五代移动通信系统(5th Generation Mobile Systems, 5G)必须考虑的问题。近年来,三维多输入
随着传感技术、无线通信及电子制造技术发展而出现的无线传感器网络,分布在周围环境中与环境交互,感知物理世界,以其低成本、高扩展性、灵活性、易部署得到日益广泛地应用。传感器网络的覆盖控制技术通过对网络中节点链路、工作状态、受限资源的调度实现了网络对部署区域的有效覆盖。然而,随着目前无线传感器网络应用的传输环境越来越复杂、节点越来越多、感知数据量越来越大、应用场景及需求越来越多样化,网络覆盖过程中出现的
近年来,随着无线通信技术的快速发展,各种新型无线网络不断涌现。网络信息安全正是这些新型无线网络大规模普及和应用的前提条件。传统解决网络信息安全的方法都是基于密钥加密,通过在网络协议栈的上层采用各种加密算法来保证数据的安全性。然而,在网络协议栈中的每一层加入安全机制已成为一种必然的发展趋势。物理层安全(Pysical Layer Security,PLS)技术通过利用无线信道衰落、时变的固有特征,采
随着移动互联网的发展,海量数据传输量与移动终端能耗问题对无线通信技术提出了更高的要求。移动数据接入带宽和终端在线时长已成为无线通信网络性能和移动用户满意度的主要衡量指标。干扰管理技术能够解决干扰受限的蜂窝网络中的同频干扰问题,提高移动数据传输速率;无线能量传输技术为能量受限的移动终端提供能量来源,提高了移动终端的在线能力。无线协作通信技术最初作为一种提升边缘用户传输速率的有效手段获得广泛关注。无线
当今社会已经进入了信息时代,光纤通信系统是信息社会中各种信息传送的主要工具。随着视频业务、云计算业务和移动宽带业务的快速发展,人们对带宽需求量越来越大,亟需提高光纤通信系统带宽和容量。光纤通信系统的带宽和容量主要受损耗、色散、非线性效应等相关因素的影响,这些问题可以通过调制编码技术、FEC技术、RAMAN放大技术等手段来解决。本论文在研究了光纤通信系统中的编码调制理论和实现方法基础之上,重点研究了
语者识别,又称说话人识别,作为一种生物认证技术,在身份认证,语音人机交互,网络信息安全,安保等领域有着广泛的应用。虽然在特定条件下,该技术已经达到很好的性能,但是实际应用中经常出现训练和测试语音由于采集环境、信道、编码方式等不匹配造成的语者识别性能下降的情况,这是阻碍语者识别技术发展的瓶颈之一。本文主要对采集的环境及编码方式不匹配情况下的鲁棒性技术进行研究。针对采集环境不匹配问题,主要的研究工作及
从移动通信系统的发展可以看出,带宽和小区间干扰是影响蜂窝网络容量的决定性因素。由于频率资源有限,更多的是通过各种先进的无线通信技术来消除或抑制干扰。协作传输技术作为4G/5G中的关键技术之一,可以有效的消除或抑制干扰,尤其能提高小区边缘用户的吞吐量。因此从理论研究和实际应用的角度来讲,研究协作传输技术并与MIMO、异构网络技术结合,具有较高的价值。本文首先对LTE-A中的MIMO、异构网络和协作传