發(fā)布時(shí)間：2020-06-08 11:07

【摘要】：近年來(lái)全球移動(dòng)業(yè)務(wù)爆炸性地增長(zhǎng)對(duì)無(wú)線蜂窩網(wǎng)絡(luò)的容量提出了更高的要求。在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)容量快速提升的同時(shí),系統(tǒng)和用戶(hù)的能量效率逐漸地成為另一個(gè)重要性能指標(biāo)。MIMO中繼協(xié)作傳輸技術(shù)具有提升能量效率的潛力,能夠利用有限的能量進(jìn)行高速率傳輸。此外,諸如移動(dòng)負(fù)載均衡和移動(dòng)魯棒性?xún)?yōu)化等無(wú)線協(xié)同資源管理技術(shù)能夠在提升系統(tǒng)容量的同時(shí)減少信令開(kāi)銷(xiāo),從而提升能量效率。因此,本文主要研究了能效增強(qiáng)的MIMO中繼協(xié)作傳輸和移動(dòng)魯棒性?xún)?yōu)化問(wèn)題。主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下:第一,針對(duì)雙向中繼系統(tǒng)中用戶(hù)對(duì)于能量效率和頻譜效率的不同需求,提出了一種基于用戶(hù)能效的源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)聯(lián)合預(yù)編碼方案,實(shí)現(xiàn)了用戶(hù)能效和譜效的一體化折衷設(shè)計(jì)。為了解決基于MIMO雙向中繼的信息與能量協(xié)同傳輸系統(tǒng)中數(shù)據(jù)流和能量流正交接收時(shí)性能下降問(wèn)題,在考慮源節(jié)點(diǎn)能量受限的情況下,提出了一種基于能量回傳的功率控制和預(yù)編碼聯(lián)合設(shè)計(jì)方案。所提方案基于系統(tǒng)速率最優(yōu)和各節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率約束,首先將聯(lián)合問(wèn)題分解為功率控制和中繼預(yù)編碼設(shè)計(jì)兩個(gè)嵌套子問(wèn)題;其次得到功率控制問(wèn)題的全局最優(yōu)閉式解和中繼預(yù)編碼的近似最優(yōu)解。第二,為了提升基于同時(shí)同頻全雙工技術(shù)的單向MISO中繼系統(tǒng)的傳輸效率,提出了一段式源節(jié)點(diǎn)和中繼聯(lián)合預(yù)編碼方案。該方案能夠充分利用能量回傳和同時(shí)同頻全雙工技術(shù),使得能量信息的兩跳傳輸在同時(shí)同頻完成,顯著提升系統(tǒng)性能。該方案所提算法可以利用較低的計(jì)算復(fù)雜度得到全局最優(yōu)預(yù)編碼策略。研究了基于單向全雙工MIMO中繼的無(wú)線傳能網(wǎng)絡(luò)傳輸問(wèn)題,提出了一種源節(jié)點(diǎn)和中繼聯(lián)合多流預(yù)編碼設(shè)計(jì)方案。該方案首先從理論上證明了最優(yōu)預(yù)編碼奇異值矩陣需要滿(mǎn)足的條件;其次將聯(lián)合預(yù)編碼問(wèn)題分解為相互耦合的源節(jié)點(diǎn)和中繼預(yù)編碼設(shè)計(jì)問(wèn)題分別求解。第三,針對(duì)超密集網(wǎng)絡(luò)中用戶(hù)頻繁切換導(dǎo)致的吞吐量的下降、信令交互能耗的增多、能量效率下降以及實(shí)際系統(tǒng)中系統(tǒng)模型獲取困難的問(wèn)題,提出了一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的協(xié)作深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)的雙層切換優(yōu)化方案。所提方案在上層部署一個(gè)基于非監(jiān)督學(xué)習(xí)的中央控制器,能夠根據(jù)用戶(hù)移動(dòng)模式將用戶(hù)分到不同的簇;簇中用戶(hù)利用協(xié)作強(qiáng)化學(xué)習(xí)架構(gòu)得到切換控制器。提出的策略利用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為控制器,將參數(shù)保存在簇參數(shù)服務(wù)器中。因?yàn)樯窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)具有泛化能力,所以有限的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)能夠表示整個(gè)狀態(tài)空間,從而避免用戶(hù)在進(jìn)入新場(chǎng)景(區(qū)域)后的性能下降。另外,提出了兩種利用預(yù)訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)的方法:離線和在線方法。在線方法會(huì)令用戶(hù)從簇參數(shù)服務(wù)器周期性地下載控制器參數(shù),并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行參數(shù)的迭代更新。在離線方法中,用戶(hù)將預(yù)訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)作為參數(shù)確定的控制器;最后,利用監(jiān)督學(xué)習(xí)初始化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以加快強(qiáng)化學(xué)習(xí)的訓(xùn)練。
【圖文】：

圖１－１：本文研究中繼系統(tǒng)分類(lèi)示意圖逡逑倍提高系能量效率的潛力

Ｓｌ邋—Ｒ邋Ｊ＿＿邋—Ｓ２邋Ｓｌ邐Ｒ邋—－Ｉ邋Ｓ２逡逑圖１－１：本文研究中繼系統(tǒng)分類(lèi)示意圖逡逑倍提高系統(tǒng)能量效率的潛力。文獻(xiàn)［５５－５７］在雙向ＭＩＭＯ中繼系統(tǒng)中研究了高能效逡逑的傳輸策略。文獻(xiàn)［５５］研究了高能效的功率分配策略。文獻(xiàn)［５６］提出了能效優(yōu)先的逡逑天線選擇算法。文獻(xiàn)［５７］在中繼預(yù)編碼固定的情況下，提出了源節(jié)點(diǎn)預(yù)編碼和功率逡逑聯(lián)合優(yōu)化策略。然而，已有研究［５５＿５７］均沒(méi)有聯(lián)合優(yōu)化源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)的傳輸策逡逑略。另一方面，系統(tǒng)能量效率，即整個(gè)系統(tǒng)的容量與所耗能量比值，無(wú)法有效地滿(mǎn)逡逑足在多樣的使用場(chǎng)景中各種類(lèi)型用戶(hù)對(duì)于能量效率和頻譜效率不同的需求，因此需逡逑要研宄基于用戶(hù)能效的傳輸策略。在雙向中繼網(wǎng)絡(luò)中，，研宄基于用戶(hù)能效的能量增逡逑強(qiáng)傳輸策略正是本文重點(diǎn)之一。逡逑Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ邐＞逡逑Ｅｎｅｒｇｙ邐？逡逑邐ＳＷ１ＰＴ邐邋邐ＷＰＣ邐逡逑邐Ｓｅｐａｒａｔｅ邐逡逑邐邐Ｃｏ－Ｌａｃａｔｅｄ逡逑邐邋ＩＲ邐
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TN929.5

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本文編號(hào)：2702991