無線通信系統(tǒng)中的跨層優(yōu)化技術研究.pdf

1、現(xiàn)有移動通信系統(tǒng)的分層結構決定了各子層技術只能保證局部最優(yōu)的系統(tǒng)性能，跨層優(yōu)化設計打破了傳統(tǒng)的層次結構，對各子層的關鍵技術進行聯(lián)合優(yōu)化，以求達到全局最優(yōu)的系統(tǒng)性能?？鐚觾?yōu)化設計在下一代無線通信系統(tǒng)網(wǎng)絡融合和技術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。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)絡跨層優(yōu)化等課題開展研究，并結合第四代移動通信系統(tǒng)的標準化工作對多天線檢測和多基站協(xié)作等關鍵技術開展研究。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，運用馬氏決策優(yōu)化理論和雙參數(shù)估計方法分別得到了最優(yōu)和次優(yōu)的基于隊列信息的跨層功率分配策略。在無平均排隊時延的系統(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，得到最優(yōu)的關于隊列長度敏感的跨層功率分配策略。其中關鍵的步驟是在給定物理層目標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”問題。不同于傳統(tǒng)方法的多維度優(yōu)化方法，該“內”問題與平均報酬馬氏

3、決策過程問題密切相關，當把“內”問題松弛為后者，可以利用等效的線性規(guī)劃模型實現(xiàn)問題的高效求解。由于平均報酬馬氏決策過程問題解的隨機性很小，因此提出了兩種近似的確定性策略來消除隨機性，仿真結果表明近似確定性策略的性能損失不明顯。同時，從最優(yōu)策略的解空間出發(fā)，提出了兩種次優(yōu)低復雜度的雙參數(shù)功率分配策略。在上述模型的基礎上又加入了平均排隊時延約束，分析了時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)合自適應調制、分層空時多天線結構及有限長隊列模型的跨層系統(tǒng)性能。當系統(tǒng)考慮了有限長隊列模型時需要重新設定自適應調制的切換門限，這時對系統(tǒng)的跨層性能分析顯得十分必要。從分層空時結構檢測后信噪比的聯(lián)合概率分布出發(fā)，得到了基于自適應調制分層空時結構的服務速率分布函數(shù)，為上層的離散馬爾科夫建模提供了精確的物理層接口。同時通過三個例子展示了分析結果在跨層設計中的應用。
　　 再次研究了多天線迭代接收機檢測技術，提出了一種基于球形

5、譯碼的低復雜度分步檢測算法。通過星座拆分原理把高階調制的正交幅度調制系統(tǒng)拆分成多個并行的正交相移鍵控子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)用高效的軟球形譯碼算法計算各比特的對數(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制的誤比特率性能低估做了補償處理，得到了一種改進的無線傳感網(wǎng)跨層能耗模型，并證明了改進模型仍具有凸優(yōu)的性質。分析發(fā)現(xiàn)改進模型增加的優(yōu)化復雜度可忽略。仿真結果顯示改進模型可以取得更優(yōu)的能耗性能。