移动通信系统中频谱效率和能量效率的折中优化

来源 :电子科技大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:w_mz2007
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在移动通信飞速发展的今天,用户数量急剧增长及人们对高质量视频、图片越来越高的需求,导致了频率资源日益紧张。同时,网络速度的不断提升也带来了越来越大的能源消耗,造成环境污染的同时也增加了电信运营商的成本支出。在这样的背景下,绿色通信被提出来作为一种解决网络能源消耗的有效措施,这要求我们除了需要关注网络的频谱效率之外,还应兼顾网络的能量效率。针对如何有效地利用有限的频谱资源并降低网络能源消耗这一问题,本文从高能效的动态网络拓扑控制及小区内的资源优化配置两方面开展了相应的研究。在高能效的动态网络拓扑控制的研究中,本文主要集中在寻找HetNet中高能效的基站协作方法,使得边缘用户以较小的能量消耗获得较大的传输性能。本文首先分析了HetNet中上行CoMP对小区边缘用户传输性能的影响,设计了基于上行CoMP的动态多小区选择算法,证明了在HetNet中采用CoMP机制能有效地提高小区边缘用户的上行数据传输性能。在此基础上,进一步提出了基于二次判决的CoMP协作小区选择算法,该算法通过二次判决将部分基站从CoMP协作小区集里面排除,减少参与协作的基站数。该算法能够以较小的小区边缘用户的传输性能牺牲,获得较大的基站端能耗节约。对于小区内的资源优化配置研究,本文考虑到移动通信网络中,系统的能量效率和频谱效率常常是处于竞争关系的两个性能指标,二者往往无法同时达到最优,仅仅以能量效率作为优化目标,往往系统的频谱效率无法得到保证,反之,以频谱效率为优化目标往往要以牺牲能量效率为代价。因此,可以考虑将系统的频谱效率和能量效率作为虚拟的博弈参与者,采用博弈论的方法来分析二者的折中优化问题。本文首先分析了系统的能量效率与频谱效率采用议价博弈模型进行虚拟博弈的可行性,提出了能量效率和频谱效率折中优化的系统配置方案,对优化问题的求解进行了详细的分析和推导,证明了优化问题中博弈均衡点的存在性,设计了结合黄金搜索算法、序列二次规划相结合的均衡点搜索方案。最后在单小区和多小区场景,对采用议价博弈模型进行了系统子信道和功率的优化配置后的系统性能进行了分析。结果显示,议价博弈模型较好地实现了能量效率和频谱效率的联合优化。
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