無線協(xié)作通信系統(tǒng)資源優(yōu)化分配研究.pdf

1、無線信道的多徑衰落特性是阻礙信道容量增加和服務(wù)質(zhì)量提升的主要原因之一。協(xié)作分集可通過多用戶之間共享彼此天線和其它網(wǎng)絡(luò)資源的方式構(gòu)造“虛擬多天線陣列”，并通過分布式信號處理產(chǎn)生協(xié)作來獲得一定的空間分集增益，有效地降低了無線鏈路的衰落和不穩(wěn)定性帶來的影響，提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。基于協(xié)作分集的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其協(xié)作分集和協(xié)作多路技術(shù)，由于其應(yīng)用中繼協(xié)作可以節(jié)省終端的發(fā)射功率、提高頻譜效率以及擴(kuò)展小區(qū)的覆蓋范圍、平衡負(fù)載、轉(zhuǎn)移熱點(diǎn)地區(qū)的業(yè)務(wù)等特點(diǎn)，使得

2、其在災(zāi)難救助、智能交通、無線接入等領(lǐng)域具有非常重要的意義，在以多跳蜂窩網(wǎng)、無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、多跳局域網(wǎng)等為代表的新一代無線通信網(wǎng)絡(luò)中，將具有巨大的應(yīng)用價(jià)值。
　　 為了在有限的資源限制下進(jìn)一步提高無線協(xié)作網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能，對無線資源進(jìn)行優(yōu)化分配有著極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文在優(yōu)化理論的指導(dǎo)下，主要研究了無線協(xié)作網(wǎng)絡(luò)物理層資源分配的問題。
　　 論文第二章研究了OFDM協(xié)作網(wǎng)絡(luò)的的資源分配，考慮了一個(gè)典型的

3、多中繼OFDM協(xié)作網(wǎng)絡(luò)，研究了如何通過中繼節(jié)點(diǎn)選擇和分布式功率分配的聯(lián)合資源分配來優(yōu)化上行鏈路容量的問題。利用合理的數(shù)學(xué)建模將上述復(fù)雜的通信問題轉(zhuǎn)化為一個(gè)最優(yōu)化問題，其理論上是一個(gè)非線性混合二進(jìn)制整數(shù)規(guī)劃問題，求解最優(yōu)解的時(shí)間復(fù)雜度較高。利用優(yōu)化并行分解的方法，將原始復(fù)雜的優(yōu)化問題分解成兩個(gè)子問題解決，提出了一種低算法復(fù)雜度的機(jī)會中繼與功率分配的聯(lián)合資源優(yōu)化算法。首先提出了一種基于等效信道增益的機(jī)會中繼選擇策略，然后在此基礎(chǔ)上通過KKT

4、優(yōu)化條件以及等效注水算法，給出了分布式節(jié)點(diǎn)最優(yōu)功率分配算法。
　　 多用戶、多業(yè)務(wù)的QoS保障機(jī)制是無線資源優(yōu)化的重要問題，如何針對各種不同用戶和不同業(yè)務(wù)的QoS需求建立有效的無線資源控制調(diào)度機(jī)制，保證可靠的傳輸特性，提供優(yōu)良的傳輸性能，是問題研究的重要方面。論文第三章針對不同的用戶業(yè)務(wù)建立不同的優(yōu)化等級，研究了基于比例公平性的多用戶協(xié)作通信場景下的上行鏈路容量最優(yōu)化的資源分配問題。首先將用戶的公平性保障和系統(tǒng)的資源利用率等因素

5、引入其中，把復(fù)雜的約束優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的效用函數(shù)最大化問題。此優(yōu)化問題是一個(gè)非凸優(yōu)化問題，求其最優(yōu)解的時(shí)間復(fù)雜度較高。利用優(yōu)化并行分解的方法，將原始復(fù)雜的優(yōu)化問題分解成兩個(gè)子問題解決。首先針對每個(gè)用戶，提出了一種基于端到端信道容量最大化準(zhǔn)則的中繼節(jié)點(diǎn)選擇策略，然后在此基礎(chǔ)上通過KKT優(yōu)化條件給出了節(jié)點(diǎn)間的最優(yōu)功率分配算法。
　　 利用物理層網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的雙向中繼協(xié)作系統(tǒng)，能夠充分利用無線電磁信號的廣播特性，實(shí)現(xiàn)對多路信號的操作

6、，從而有效提高系統(tǒng)頻譜效率。論文第四章研究了基于物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的OFDM雙向中繼協(xié)作網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化問題。針對涉及物理層的資源參數(shù)進(jìn)行合理的數(shù)學(xué)建模和轉(zhuǎn)化，該優(yōu)化問題理論上是一非凸優(yōu)化問題，求解最優(yōu)解的時(shí)間復(fù)雜度較高。利用拉格朗日松弛法將非凸優(yōu)化問題轉(zhuǎn)換為松弛凸優(yōu)化問題，將原優(yōu)化問題分解為兩個(gè)低復(fù)雜度的次優(yōu)問題來解決。首先利用鏈路容量圖表的方法來解決各個(gè)子載波內(nèi)節(jié)點(diǎn)間的功率分配問題，其次利用凸優(yōu)化算法給出了各個(gè)子載波間功率分配算法。