MIMO多跳認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)的跨層優(yōu)化研究.pdf

1、多輸入多輸出(MIMO，multipleinputmultipleoutput)技術(shù)是突破香農(nóng)(Shannon)容量限制的一項(xiàng)有效手段。在無(wú)需拓展頻譜的情況下，MIMO技術(shù)利用多接口多信道同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，能夠成倍提高無(wú)線多跳網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)容量、頻譜使用效率，節(jié)約頻譜資源。同時(shí)，MIMO技術(shù)對(duì)多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的吞吐量、實(shí)時(shí)性、拓?fù)溥B通性等性能有顯著影響，并可結(jié)合物理層、MAC層與網(wǎng)絡(luò)傳輸層進(jìn)行跨層優(yōu)化研究。而認(rèn)知無(wú)線電(CR，cognitive

2、radio)內(nèi)嵌智能信息處理器，具有感知外界頻譜資源的能力，其根據(jù)感知到的信息靈活調(diào)整發(fā)送與接收參數(shù)，使得非授權(quán)用戶(SU，seconduser)能夠動(dòng)態(tài)使用分配給授權(quán)用戶(PU，primeruser)的空閑頻譜資源，從而提高網(wǎng)絡(luò)性能。融合MIMO和CR兩種技術(shù)可以顯著改善現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)擁堵?tīng)顩r，其具有廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景，因此研究基于MIMO和CR的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)跨層優(yōu)化技術(shù)具有非常重要的意義。
　　在對(duì)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和實(shí)際運(yùn)用進(jìn)行了深入研究的基

3、礎(chǔ)上，本文提出了簡(jiǎn)單有效且可以分布式執(zhí)行的算法來(lái)求解MIMO多跳認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)跨層優(yōu)化問(wèn)題。本文的主要工作和結(jié)論如下:
　　(1)在AdHoc網(wǎng)絡(luò)中，針對(duì)節(jié)點(diǎn)發(fā)送功率限制、信道容量限制，提出了平坦衰落下綠色MIMO多跳認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)模型，解決了權(quán)重網(wǎng)絡(luò)效用最大化與功率消耗問(wèn)題。利用對(duì)偶分解算法將原問(wèn)題分解為網(wǎng)絡(luò)傳輸層和物理鏈路層子問(wèn)題。網(wǎng)絡(luò)傳輸層子問(wèn)題為凸問(wèn)題，物理鏈路層子問(wèn)題為非凸問(wèn)題。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)傳輸層子問(wèn)題，采用分布式牛頓算法來(lái)

4、求解，而對(duì)于物理鏈路層子問(wèn)題，則采用可分布式執(zhí)行的基于線性化的交替更新算法來(lái)求解。主問(wèn)題的非凸性導(dǎo)致了對(duì)偶分解算法可能無(wú)法得到原問(wèn)題的可行解，本文通過(guò)有效的啟發(fā)式方法來(lái)恢復(fù)至可行解。
　　(2)在研究點(diǎn)(1)的基礎(chǔ)上，提出了頻率選擇性衰落下MIMO多跳認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)模型，并考慮了二級(jí)用戶之間的干擾，該問(wèn)題模型具有廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景且變得更加復(fù)雜，解決了網(wǎng)絡(luò)效用最大化問(wèn)題。同樣，本文采用對(duì)偶分解方法將原問(wèn)題分解為網(wǎng)絡(luò)傳輸層和物理層子問(wèn)題

5、。網(wǎng)絡(luò)傳輸層子問(wèn)題與研究點(diǎn)(1)的網(wǎng)絡(luò)傳輸層子問(wèn)題類似。對(duì)于物理層子問(wèn)題，將其等價(jià)為權(quán)重和最小化均方誤差(WMMSE)問(wèn)題，通過(guò)設(shè)計(jì)線性收發(fā)器優(yōu)化算法來(lái)求解WMMSE問(wèn)題。主問(wèn)題的非凸性導(dǎo)致了對(duì)偶分解算法可能無(wú)法得到原問(wèn)題的可行解，同樣，本文通過(guò)有效的啟發(fā)式方法來(lái)恢復(fù)至可行解。
　　(3)研究點(diǎn)(1)與研究點(diǎn)(2)的網(wǎng)絡(luò)傳輸層子問(wèn)題是凸優(yōu)化問(wèn)題?？梢允褂梅植际脚ｎD法來(lái)求解該問(wèn)題，為了提高分布式牛頓法的適用范圍，本文將網(wǎng)絡(luò)傳輸層子問(wèn)