協(xié)作網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化構(gòu)架及資源分配.pdf

1、為解決未來(lái)無(wú)線通信中頻譜資源稀缺與急劇增長(zhǎng)的高速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)之間的矛盾，高效合理的無(wú)線資源分配成為無(wú)線領(lǐng)域的關(guān)鍵課題之一。協(xié)作通信技術(shù)是未來(lái)無(wú)線通信系統(tǒng)中的核心技術(shù)之一，其以較低的開(kāi)銷使得高速率傳輸和可靠性傳輸成為可能。作為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，基于物理層網(wǎng)絡(luò)編碼原理的雙向中繼技術(shù)，能夠克服實(shí)際的半雙工限制，從而可以極大地提高系統(tǒng)的頻譜效率。因此，如何充分挖掘包括雙向中繼在內(nèi)的各種協(xié)作通信技術(shù)在資源優(yōu)化方面的巨大優(yōu)勢(shì)成為當(dāng)前研究的難點(diǎn)問(wèn)題。本論

2、文圍繞這一主題展開(kāi)，以理論建模為基礎(chǔ)，以凸優(yōu)化和組合優(yōu)化等數(shù)學(xué)方法為手段，提出了一系列無(wú)線協(xié)作網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化構(gòu)架和資源分配方案。本論文的主要成果包括：
　　1、針對(duì)雙向中繼譯碼轉(zhuǎn)發(fā)方式，推導(dǎo)了其在多信道下基于子載波集的可達(dá)速率域。在此基礎(chǔ)上，將雙向協(xié)作系統(tǒng)中功率分配、子載波分配和模式選擇的聯(lián)合優(yōu)化問(wèn)題建模成一個(gè)混合整數(shù)規(guī)劃問(wèn)題，其目標(biāo)是保證每個(gè)用戶最低服務(wù)質(zhì)量的要求下最大化系統(tǒng)的加權(quán)和速率。以凸優(yōu)化理論為指導(dǎo)，提出了一種基于連續(xù)松弛化

3、和對(duì)偶理論的有效算法找到問(wèn)題的漸進(jìn)最優(yōu)解。
　　2、基于子載波配對(duì)技術(shù)，研究了多用戶多中繼雙向協(xié)作網(wǎng)絡(luò)的資源分配問(wèn)題。我們以最大化系統(tǒng)總吞吐量為目標(biāo)，對(duì)子載波配對(duì)、子載波分配和中繼選擇進(jìn)行數(shù)學(xué)建模和分析。通過(guò)使用圖論原理，將這個(gè)組合優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)換成一個(gè)二分圖問(wèn)題，最后利用匹配算法找到問(wèn)題的全局最優(yōu)解。
　　3、研究了中繼輔助的雙向蜂窩協(xié)作網(wǎng)絡(luò)的資源優(yōu)化問(wèn)題。首先提出了一種新的三時(shí)隙的時(shí)分雙工協(xié)議，能夠容納直傳、單向中繼和雙向中

4、繼三種傳輸模式?；谧虞d波配對(duì)技術(shù)，將子載波分配、中繼選擇和雙向傳輸模式選擇建模成一個(gè)組合優(yōu)化問(wèn)題，以最大化系統(tǒng)的總吞吐量。然后將此問(wèn)題轉(zhuǎn)化成一個(gè)權(quán)重最大團(tuán)問(wèn)題，最后使用蟻群優(yōu)化算法在多項(xiàng)式時(shí)間內(nèi)解決該問(wèn)題。
　　4、針對(duì)無(wú)線認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)，提出了一種主用戶和次用戶在多信道環(huán)境下的合作框架，即次用戶充當(dāng)主用戶的中繼節(jié)點(diǎn)，做為回報(bào)，主用戶釋放部分子載波的傳輸時(shí)間給次用戶。在此基礎(chǔ)上，對(duì)模式選擇、中繼選擇、子載波分配、功率和時(shí)間分配的聯(lián)合資

5、源優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行了建模和分析，在保證主用戶最低速率需求的條件下最大化次用戶總的吞吐量。以凸優(yōu)化理論為指導(dǎo)，提出了一種基于對(duì)偶分解的有效算法找到問(wèn)題的漸進(jìn)最優(yōu)解。
　　5、提出了一種多用戶協(xié)作網(wǎng)絡(luò)的分布式資源分配構(gòu)架。將多用戶合作功率分配問(wèn)題建模成一個(gè)多拍賣商多投標(biāo)人的拍賣問(wèn)題，該功率拍賣問(wèn)題還融入了中繼選擇和傳輸模式選擇。提出了一種基于“主-對(duì)偶”迭代的分布式算法。按照所提算法，所有用戶可以自主地決定其自身的功率分配策略并收斂于系統(tǒng)