基于授权/非授权频谱接入的动态资源优化研究

摘要

随着物联网与移动互联网的蓬勃发展，海量智能终端的涌入与超高的用户服务质量需求，现有网络无法承载千倍级增长的流量需求。异构蜂窝网络能很好的提升覆盖和边缘用户的容量。由于授权频谱有限且非授权频谱在提升蜂窝网络性能方面的巨大潜力，使得异构蜂窝网络中非授权频谱的研究引起了学术界和工业界的注意。由于在同一时刻一条信道最多分配给一个用户，以至于正交频分多址接入的正交信道接入技术已成为提升频谱效率的限制因素。因此，为了缓解基站侧的业务流量过载，非正交多址接入技术被视为一种很有前景的技术。本文将分别对非授权频谱与非正交多址接入技术在异构蜂窝网络中的资源优化进行研究，实现绿色资源分配。
　　本文主要研究的是在授权、非授权网络中的动态资源优化与分配问题。在授权与非授权共存的网络中，分别考虑授权信道与非授权信道由于频谱共享产生的跨层干扰与同层干扰，将用户的QoS需求与用户最大传输功率作为约束条件，在保证同一蜂窝基站的信道分配唯一性的条件下进行系统的资源分配。通过引入李亚普诺夫优化框架，建立三个缓冲队列，将基于能源效率的优化问题转化为三个子问题，最终实现子信道分配和功率分配。在基于软件定义网络的非正交多址接入网络中，在同一时刻，一个用户可以从任意的虚拟资源块接收信号且一个虚拟资源块可以同时分配给多个用户，我们提出了一个基于双边匹配的虚拟资源块分配算法。将网络的能源效率作为优化函数，实现了混合整形规划问题的功率分配问题的求解。在单基站的下行非正交多址接入网络中，我们提出了一个基于双边匹配的次优子信道分配算法，通过考虑最小用户服务质量需求和基站最大功率约束，将功率分配问题制定为混合整数规划问题。在多基站的下行非正交多址接入网络中，基于李亚普诺夫优化框架，将能效优化问题分解为三个子问题，其中两个是线性的，其余部分通过拉格朗日优化求解。仿真可以验证所提算法的收敛及有效性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 移动通信网络发展历程

1．1．2 移动通信网络发展趋势

1．2 非授权频谱简述

1．3 NOMA技术简述

1．4 论文主要研究内容和章节安排

第二章 WiFi频谱共享下的异构蜂窝网络的资源分配

2．1 引言

2．2 系统模型

2．3 优化问题建模

2．4 利用李亚普诺夫的EE优化

2．4．1 李亚普诺夫优化队列

2．4．2 李亚普诺夫优化函数

2．5 仿真结果与讨论

2．6 本章小结

第三章 基于SDN的NOMA网络资源分配

3．1 引言

3．2 基于SDN的NOMA网络系统模型

3．3 基于能源效率的资源分配

3．3．1 VRB匹配

3．3．2 总容量和功率损耗

3．3．3 建立优化函数

3．4 优化问题的解决方案

3．4．1 等价目标函数

3．4．2 功率分配迭代算法

3．5 仿真结果及讨论

3．6 本章小结

第四章 单基站的NOMA网络资源分配方案

4．1 本章导论

4．2 单基站的NOMA网络系统架构

4．3 信道匹配策略

4．4 功率分配策略

4．5 仿真结果

4．6 本章小结

第五章 多基站的NOMA网络资源分配方案

5．1 本章导论

5．2 多基站的NOMA网络系统架构和问题描述

5．2．1 基本符号定义

5．2．2 系统模型

5．2．3 优化问题描述

5．3 利用李亚普诺夫优化的能源效率优化

5．3．1 李亚普诺夫优化队列

5．3．2 李亚普诺夫优化描述

5．3．3 复杂度分析

5．4 性能分析

5．4．1 队列稳定性

5．4．2 效用函数和平均队列长度的性能

5．5 仿真结果和讨论

5．6 本章小结

第六章 总结

参考文献

致谢

研究成果及已发表的学术论文

作者及导师简介