無線協作通信系統資源優(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質量提升的主要原因之一。協作分集可通過多用戶之間共享彼此天線和其它網絡資源的方式構造“虛擬多天線陣列”，并通過分布式信號處理產生協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，提高了網絡的可靠性?；趨f作分集的網絡結構及其協作分集和協作多路技術，由于其應用中繼協作可以節(jié)省終端的發(fā)射功率、提高頻譜效率以及擴展小區(qū)的覆蓋范圍、平衡負載、轉移熱點地區(qū)的業(yè)務等特點，使得

2、其在災難救助、智能交通、無線接入等領域具有非常重要的意義，在以多跳蜂窩網、無線Ad Hoc網絡、無線傳感器網絡、多跳局域網等為代表的新一代無線通信網絡中，將具有巨大的應用價值。
　　 為了在有限的資源限制下進一步提高無線協作網絡的傳輸性能，對無線資源進行優(yōu)化分配有著極其重要的現實意義。本文在優(yōu)化理論的指導下，主要研究了無線協作網絡物理層資源分配的問題。
　　 論文第二章研究了OFDM協作網絡的的資源分配，考慮了一個典型的

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

4、優(yōu)化條件以及等效注水算法，給出了分布式節(jié)點最優(yōu)功率分配算法。
　　 多用戶、多業(yè)務的QoS保障機制是無線資源優(yōu)化的重要問題，如何針對各種不同用戶和不同業(yè)務的QoS需求建立有效的無線資源控制調度機制，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的資源利用率等因素

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

6、，從而有效提高系統頻譜效率。論文第四章研究了基于物理層網絡編碼的OFDM雙向中繼協作網絡的優(yōu)化問題。針對涉及物理層的資源參數進行合理的數學建模和轉化，該優(yōu)化問題理論上是一非凸優(yōu)化問題，求解最優(yōu)解的時間復雜度較高。利用拉格朗日松弛法將非凸優(yōu)化問題轉換為松弛凸優(yōu)化問題，將原優(yōu)化問題分解為兩個低復雜度的次優(yōu)問題來解決。首先利用鏈路容量圖表的方法來解決各個子載波內節(jié)點間的功率分配問題，其次利用凸優(yōu)化算法給出了各個子載波間功率分配算法。