【摘要】：IMT-Advanced (IMT-A)無線網(wǎng)絡以多入多出(MIMO, Multiple-Output Multiple-Input)和正交頻分復用(OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing)為主要物理層技術,并采用正交頻分多址(OFDMA, Orthogonal Frequency Division Multiplexing Acess)方式,輔以載波聚合(CA, Carrier Aggregation),提高了頻譜效率,實現(xiàn)了高速率傳輸。但隨之而來的高能耗造成了網(wǎng)絡商用過程中的技術瓶頸與行業(yè)運營困境,阻礙了通信行業(yè)實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。為優(yōu)化網(wǎng)絡能量效率,降低網(wǎng)絡能耗,需對以高頻譜效率為設計目標的各關鍵技術加以改進和重新設計。 根據(jù)各關鍵技術在網(wǎng)絡中所扮演角色的不同,能量效率優(yōu)化研究應包括MIMO與OFDM鏈路能量效率優(yōu)化,OFDMA網(wǎng)絡高能量效率網(wǎng)絡管理、資源管理與網(wǎng)絡規(guī)劃,CA場景下高能量效率網(wǎng)絡管理、資源管理與網(wǎng)絡規(guī)劃等�，F(xiàn)有研究在這些方面取得了較多成果,但仍有些問題有待深入,有些問題尚未被涉及。主要有,一是多用戶MIMO (MU-MIMO, Multi-User MIMO)鏈路能量效率亟需進一步提升,二是現(xiàn)有高能量效率的OFDMA網(wǎng)絡資源管理對能量資源特性認識不足,三是對CA場景下能量效率優(yōu)化問題的研究匱乏。 圍繞這些存在的問題,本論文對IMT-A無線網(wǎng)絡能量效率優(yōu)化進行深入探討與研究,同時也是作者在博士期間參加多個項目的研究成果,包括：在參加國家自然科學基金項目(基于認知與極化信號處理的功放節(jié)能研究-61271177)的過程中,對能量資源的本質(zhì)特性的思考；在參加多項華為企業(yè)項目期間,對MIMO技術與OFDMA網(wǎng)絡能量效率優(yōu)化的探索；在參與國家科技重大專項(TD-LTE系統(tǒng)中的認知無線電技術研究與驗證-2012ZX03003006)的過程中,對多個連續(xù)／離散頻段上進行高能量效率網(wǎng)絡部署的研究。具體研究內(nèi)容與成果如下： 1.首先概述了IMT-A無線網(wǎng)絡,以及無線網(wǎng)絡能量效率優(yōu)化研究；然后分析總結了IMT-A無線網(wǎng)絡能量效率優(yōu)化面臨的挑戰(zhàn)與應包含的研究內(nèi)容；最后分類梳理了現(xiàn)有IMT-A無線網(wǎng)絡能量效率優(yōu)化研究現(xiàn)狀,深入分析了現(xiàn)有研究存在的不足,并比照應包含的研究內(nèi)容指出了尚未涉及的問題。 2.為優(yōu)化MU-MIMO鏈路能量效率,現(xiàn)有研究主要使用迫零波束賦形完全消除用戶間干擾,然后進行高能量效率功率控制。完全消除用戶間干擾會降低功率控制的自由度,造成能量效率性能受限。論文基于非完全用戶問干擾消除首先提出了一種上行高能量效率聯(lián)合波束賦形與功率控制算法(EEJBPC, Energy-Efficient Joint Beamform-ing and Power Control);然后聯(lián)合使用MU-MIMO系統(tǒng)上下行對偶性提出了一種下行EEJBPC算法,算法解決了下行EEJBPC問題求解中存在的用戶SINR與其他用戶波束賦形向量耦合的難題。仿真分析表明所提上下行算法能獲得更優(yōu)的能量效率,且都具有很好收斂性。 3.圍繞現(xiàn)有OFDMA網(wǎng)絡高能量效率資源管理存在的對能量資源來源與使用方式認識不足的問題,本論文從關注能量資源本質(zhì)特性入手,對OFDMA網(wǎng)絡高能量效率資源管理展開研究。首先挖掘出了能量資源的本質(zhì)特性——上行用戶可使用的能量資源總量由各自電池電量決定,下行系統(tǒng)中為用戶傳輸數(shù)據(jù)消耗的能量資源都統(tǒng)一由基站供給。然后分析該特性對OFDMA網(wǎng)絡高能量效率資源管理的影響,得出了上行高能量效率資源管理公平性應考慮用戶間電量差異性,以及下行高能量效率資源管理須綜合考慮速率公平性、能量效率、頻譜效率的結論。最后針對上行OFDMA網(wǎng)絡,提出了電量敏感的高能量效率資源管理公平性模型,并設計了一種基于電量敏感公平性的高能量效率最優(yōu)功率控制算法以驗證模型性能,仿真分析表明所提模型與算法能獲得與現(xiàn)有算法幾乎相同的網(wǎng)絡能量效率,同時大幅提高了用戶電池的平均工作時間與用戶基于自身電量對工作時間的滿意度；針對下行OFDMA網(wǎng)絡,提出了一種基于速率公平性的高能量效率-頻譜效率資源管理算法,仿真表明算法在保證速率公平性的同時優(yōu)化了能量效率和頻譜效率。 4.CA場景下高能量效率網(wǎng)絡規(guī)劃會受到設備硬件能力受限、載波間頻譜異質(zhì)性和載波問可用帶寬差異性等新挑戰(zhàn),論文提出了一種CA場景下高能量效率網(wǎng)絡規(guī)劃算法。首先,提出了考慮設備最大可配置射頻鏈數(shù)與最大射頻鏈帶寬的資源模型、載波聚合基站的功率消耗模型；在此基礎上,建立了CA場景下高能量效率網(wǎng)絡規(guī)劃模型。然后,為求解這一NP-hard問題,設計了一種初始值隨機的兩步禁忌搜索算法,解決了禁忌搜索應用過程中存在的無法人工選擇可行初始解、多載波場景下搜索復雜度較高的難題。分析與仿真證明算法能大幅提升能量效率,且具有較好收斂性與較低復雜度。 5.針對單一載波網(wǎng)絡的高能量效率資源管理算法無法實現(xiàn)CA場景下必須的載波配置,而CA場景下傳統(tǒng)高頻譜效率資源管理算法能量效率較低的問題,研究了CA場景下高能量效率資源管理�？紤]CA場景下高能量效率子載波分配可以重用現(xiàn)有單一載波網(wǎng)絡的相關算法,論文首先設計了一種最優(yōu)高能量效率載波配置與功率控制算法,然后基于載波配置的特性與巧妙地分解功率控制問題,提出了一種低復雜度的次優(yōu)算法。仿真實驗表明所提兩種算法都能顯著提高能量效率,且次優(yōu)算法以較小的能量效率損失換取了大幅復雜度降低。
【學位授予單位】：北京郵電大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TN929.5
【圖文】：

北京郵電大學工學博士學位論文同，MMO技術分為SU-MIMO和MU-MIMO兩類。前者實現(xiàn)點到點后者則可以進行點到多點的傳輸，兩種系統(tǒng)的示意圖如圖2-1所示。

I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I(a)集中式 （b)分布式 （c)隨機式圖2-2 0FDMA映射方式示意圖晸映射方式中，集中式和分布式映射實現(xiàn)簡單，被LTE、WiMax廣泛應MA網(wǎng)絡的容量是動態(tài)的，主要由資源管理決定。因此OFDMA網(wǎng)絡資究廣受關注。除了資源管理，多小區(qū)OFDMA網(wǎng)絡中小區(qū)間干擾消除DMA研究的重要方向。CA技術到更高的網(wǎng)絡吞吐量，加大網(wǎng)絡的系統(tǒng)帶寬是最直接的方式，如LTE-Ax IEEE 802.16標準在制定時都規(guī)定系統(tǒng)帶寬最大支持lOOMHz。但根據(jù)譜分配狀況，運營商幾乎不可能找到如此寬的連續(xù)頻段，能聚合使用多CA技術fi9]應運而生。引入CA技術后，一方面網(wǎng)絡要后向兼容部署在的網(wǎng)絡，另一方面還要能管理聚合的載波。為此，需對網(wǎng)絡資源管理框些改進。改進后，CA場景下網(wǎng)絡資源管理框架如圖2-3所示。接入控制

圖2-2 0FDMA映射方式示意圖晸三種映射方式中，集中式和分布式映射實現(xiàn)簡單，被LTE、WiMax廣泛應。OFDMA網(wǎng)絡的容量是動態(tài)的，主要由資源管理決定。因此OFDMA網(wǎng)絡資管理研究廣受關注。除了資源管理，多小區(qū)OFDMA網(wǎng)絡中小區(qū)間干擾消除

【參考文獻】

相關期刊論文 前1條

1 王圣森;馮春燕;郭彩麗;;上行MU-SIMO中高能效聯(lián)合波束賦形與功率控制[J];北京郵電大學學報;2013年05期

本文編號：2767599