綠色通信系統(tǒng)中基于時延的跨層設(shè)計.pdf

1、能效通信技術(shù)能夠在改進通信質(zhì)量的同時實現(xiàn)最小的消耗，它已經(jīng)廣泛使用在目前的通信系統(tǒng)中。然而，這些能效通信設(shè)計都是基于物理層系統(tǒng)實現(xiàn)的。考慮到物理層的能效設(shè)計很難保證上層業(yè)務(wù)關(guān)于時延的服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service: QoS)這個事實，我們需要在物理層的能效設(shè)計過程中將時延這種需求考慮進來。因此，論文的創(chuàng)新點是研究了當前蜂窩網(wǎng)絡(luò)中廣泛存在的多天線系統(tǒng)以及協(xié)作系統(tǒng)關(guān)于能效的跨層設(shè)計。
　　1.通過研究調(diào)制階數(shù)、數(shù)據(jù)包大

2、小、誤符號率與時延的內(nèi)在關(guān)系，我們首先得到了在多入多出（Multiple Input Multiple Output: M I M O)系統(tǒng)中根據(jù)不同時延需求的自適應(yīng)傳輸模式。對于用戶在緩存中產(chǎn)生的擁塞，通過擁塞控制算法來調(diào)度平均隊列長度，得到了保證能效的最優(yōu)時延性能。仿真結(jié)果表明:為了在保證時延的同時得到最優(yōu)的能效，發(fā)射機需要自適應(yīng)的選擇M IM O數(shù)據(jù)流的調(diào)制階數(shù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包大小以及M IM O或單入多出（Single Input

3、Multiple Output: S I M O)傳輸模式。
　　2.考慮多個用戶的MIMO系統(tǒng)，每個用戶業(yè)務(wù)的時延需求可能不一樣，這種情況下的能效設(shè)計也吸引了大家的注意力。因此，本文另外研究了在多用戶M IM O（multi-user M IM O:MU-MIMO)系統(tǒng)中存在不同時延需求業(yè)務(wù)情況下的能效通信技術(shù)。為了最小化MU-MIMO系統(tǒng)總的功率消耗，首先根據(jù)數(shù)據(jù)流調(diào)制方式與發(fā)送功率的關(guān)系，推導(dǎo)出了基于最小均方誤差接收機情況下

4、的數(shù)據(jù)流最優(yōu)能效的調(diào)制階數(shù)。通過MU-MIMO系統(tǒng)和多用戶SIMO(Multi-user SIMO: M U-S IM O)系統(tǒng)總的功率消耗的不同，然后得到了根據(jù)不同時延情況下的傳輸策略，這個策略是自適應(yīng)的MU-MIMO/SIMO切換。
　　3.對于實際的應(yīng)用業(yè)務(wù)來說，業(yè)務(wù)到達狀態(tài)的不同對能效通信也是一個挑戰(zhàn)。本文探討了在Nakagami-m衰落信道中傳輸MMPP(Markov modulated Poisson process:

5、 M M P P)業(yè)務(wù)時的跨層能效設(shè)計。其中，物理層采用自適應(yīng)調(diào)制編碼技術(shù)（Adaptive Modulation and Coding: A M C)，并且整個系統(tǒng)的吞吐量和發(fā)送功率消耗充分考慮了緩存中的數(shù)據(jù)排隊。首先根據(jù)系統(tǒng)的穩(wěn)定分布，得到了時延和系統(tǒng)能效的閉式表達式。然后，推導(dǎo)出了劃分AMC傳輸模式的最優(yōu)能效門限值。最后，根據(jù)不同時延需求得到了最大化系統(tǒng)能效的數(shù)據(jù)傳輸策略。仿真結(jié)果證實了理論結(jié)果的性能優(yōu)越性。
　　4.中繼在

6、通信網(wǎng)絡(luò)中的使用，可以提高系統(tǒng)容量，增強覆蓋面積。它促使我們研究在有中繼情況下傳輸MMPP業(yè)務(wù)時的跨層能效設(shè)計。其中，物理層傳輸同樣采用了AMC機制，并且考慮了中繼節(jié)點和源節(jié)點緩存中的數(shù)據(jù)包排隊。首先分別研究了直接鏈路傳輸情況下和中繼幫助傳輸情況下的能效，在中繼幫助傳輸情況下得到了最大化能效的節(jié)點發(fā)送功率和時隙資源分配。根據(jù)系統(tǒng)的穩(wěn)定分布，然后得到了時延和最優(yōu)能效AMC傳輸策略的閉式解。最后，根據(jù)數(shù)據(jù)包不同時延的需求，同樣得到了最優(yōu)能效