無線通信系統(tǒng)中的跨層優(yōu)化技術(shù)研究.pdf

1、現(xiàn)有移動通信系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)決定了各子層技術(shù)只能保證局部最優(yōu)的系統(tǒng)性能，跨層優(yōu)化設(shè)計(jì)打破了傳統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，對各子層的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化，以求達(dá)到全局最優(yōu)的系統(tǒng)性能。跨層優(yōu)化設(shè)計(jì)在下一代無線通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)融合和技術(shù)融合中扮演著重要角色，甚至可以催生新的適合于無線通信的系統(tǒng)架構(gòu)。本文主要針對跨層功率分配、多天線系統(tǒng)跨層建模、無線傳感網(wǎng)絡(luò)跨層優(yōu)化等課題開展研究，并結(jié)合第四代移動通信系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作對多天線檢測和多基站協(xié)作等關(guān)鍵技術(shù)開展研究。本文

2、的主要工作簡介如下：
　　 首先研究了單天線系統(tǒng)跨層功率分配問題，運(yùn)用馬氏決策優(yōu)化理論和雙參數(shù)估計(jì)方法分別得到了最優(yōu)和次優(yōu)的基于隊(duì)列信息的跨層功率分配策略。在無平均排隊(duì)時(shí)延的系統(tǒng)中，長期平均發(fā)送功率一定的約束下以最小化系統(tǒng)丟包率為目標(biāo)，得到最優(yōu)的關(guān)于隊(duì)列長度敏感的跨層功率分配策略。其中關(guān)鍵的步驟是在給定物理層目標(biāo)丟包率的前提下得到最優(yōu)的發(fā)送功率向量，此問題稱為“內(nèi)”問題。不同于傳統(tǒng)方法的多維度優(yōu)化方法，該“內(nèi)”問題與平均報(bào)酬馬氏

3、決策過程問題密切相關(guān)，當(dāng)把“內(nèi)”問題松弛為后者，可以利用等效的線性規(guī)劃模型實(shí)現(xiàn)問題的高效求解。由于平均報(bào)酬馬氏決策過程問題解的隨機(jī)性很小，因此提出了兩種近似的確定性策略來消除隨機(jī)性，仿真結(jié)果表明近似確定性策略的性能損失不明顯。同時(shí)，從最優(yōu)策略的解空間出發(fā)，提出了兩種次優(yōu)低復(fù)雜度的雙參數(shù)功率分配策略。在上述模型的基礎(chǔ)上又加入了平均排隊(duì)時(shí)延約束，分析了時(shí)延約束對各跨層功率分配策略性能的影響。
　　 其次研究了多天線系統(tǒng)跨層建模問題，

4、分析得到聯(lián)合自適應(yīng)調(diào)制、分層空時(shí)多天線結(jié)構(gòu)及有限長隊(duì)列模型的跨層系統(tǒng)性能。當(dāng)系統(tǒng)考慮了有限長隊(duì)列模型時(shí)需要重新設(shè)定自適應(yīng)調(diào)制的切換門限，這時(shí)對系統(tǒng)的跨層性能分析顯得十分必要。從分層空時(shí)結(jié)構(gòu)檢測后信噪比的聯(lián)合概率分布出發(fā)，得到了基于自適應(yīng)調(diào)制分層空時(shí)結(jié)構(gòu)的服務(wù)速率分布函數(shù)，為上層的離散馬爾科夫建模提供了精確的物理層接口。同時(shí)通過三個(gè)例子展示了分析結(jié)果在跨層設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。
　　 再次研究了多天線迭代接收機(jī)檢測技術(shù)，提出了一種基于球形

5、譯碼的低復(fù)雜度分步檢測算法。通過星座拆分原理把高階調(diào)制的正交幅度調(diào)制系統(tǒng)拆分成多個(gè)并行的正交相移鍵控子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)用高效的軟球形譯碼算法計(jì)算各比特的對數(shù)似然比。
　　 然后研究了無線傳感網(wǎng)能耗最優(yōu)跨層優(yōu)化問題，對多電平正交幅度調(diào)制的誤比特率性能低估做了補(bǔ)償處理，得到了一種改進(jìn)的無線傳感網(wǎng)跨層能耗模型，并證明了改進(jìn)模型仍具有凸優(yōu)的性質(zhì)。分析發(fā)現(xiàn)改進(jìn)模型增加的優(yōu)化復(fù)雜度可忽略。仿真結(jié)果顯示改進(jìn)模型可以取得更優(yōu)的能耗性能。