本文關(guān)鍵詞：下一代無線網(wǎng)絡(luò)的預(yù)編碼研究

  更多相關(guān)文章： 預(yù)編碼 波束賦形 下一代無線網(wǎng)絡(luò) 頻譜效率 能量效率

【摘要】：隨著無線終端的增多以及無線業(yè)務(wù)量的爆發(fā)式增長,現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將不能滿足未來用戶的需求,下一代無線網(wǎng)絡(luò)將結(jié)合新的無線傳輸技術(shù)以及新的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同技術(shù)等,提供現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)1000倍的容量服務(wù),構(gòu)成無所不在的網(wǎng)絡(luò)。下一代無線網(wǎng)絡(luò)會在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上不斷演進,將結(jié)合如中繼,認知網(wǎng)絡(luò),多天線技術(shù)等構(gòu)成超密集網(wǎng)絡(luò),以增大容量。為提升頻譜利用率,也可能會采用全雙工方式進行無線傳輸。密集網(wǎng)絡(luò)以及同頻復(fù)用等必定會給網(wǎng)絡(luò)帶來一定的干擾,因而,用戶的干擾消除以及網(wǎng)絡(luò)間的協(xié)調(diào)傳輸?shù)仁窍乱淮鸁o線網(wǎng)絡(luò)所要解決的重要問題。本文將無線網(wǎng)絡(luò)的預(yù)編碼作為研究內(nèi)容,在國家自然科學(xué)基金“無線網(wǎng)絡(luò)的干擾管理與容量研究”(61231008),973重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃課題“智能的動態(tài)網(wǎng)絡(luò)資源管理模型與控制機制研究”(2009CB320404),長江學(xué)者和創(chuàng)新團隊發(fā)展計劃資助(IRT0852),國家自然科學(xué)基金(61301168)和111基地發(fā)展計劃(B08038)的支持下,從構(gòu)成未來網(wǎng)絡(luò)的不同網(wǎng)絡(luò)場景入手,包括單向中繼輔助的小區(qū)網(wǎng)絡(luò)、雙向中繼輔助的小區(qū)網(wǎng)絡(luò)、基于干擾對齊和基于協(xié)作的認知網(wǎng)絡(luò),設(shè)計相應(yīng)的預(yù)編碼,提升無線網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率及能量效率等。所做工作如下：1.針對單向中繼輔助的小區(qū)下行傳輸,考慮有弱直接鏈路的網(wǎng)絡(luò)模型。為滿足用戶多樣化的業(yè)務(wù)需求,設(shè)計了一種支持不同數(shù)據(jù)流的傳輸方案,并在此方案下設(shè)計相應(yīng)的預(yù)編碼。在基站端設(shè)計了兩種預(yù)編碼,分別用于直接鏈路和中繼鏈路。由于直接鏈路上接收的信號比較弱,在基站端用于直接鏈路的預(yù)編碼用來消除直接鏈路上的干擾。對于中繼鏈路,不同的階段使用不同的預(yù)編碼方案。在第一階段,為了防止干擾被中繼放大,基站端用于中繼鏈路的預(yù)編碼用以消除鏈路之間的干擾；對于第二階段,中繼節(jié)點上的預(yù)編碼用于最大化系統(tǒng)的頻譜效率。為了反映所設(shè)計的預(yù)編碼的特征,使用了不同的方法得到了預(yù)編碼的結(jié)構(gòu)。首先通過結(jié)合有用信號零空間向量或干擾信號正交空間向量獲得預(yù)編碼結(jié)構(gòu),然后再去優(yōu)化預(yù)編碼結(jié)構(gòu)中引入的變量。所提出的結(jié)構(gòu)化預(yù)編碼,不僅可以應(yīng)用于頻譜效率最大化問題,也可以應(yīng)用于能效最大化問題。仿真驗證表明,所提的結(jié)構(gòu)化預(yù)編碼能夠得到較好的頻譜效率或能量效率。2.研究單小區(qū)雙向中繼系統(tǒng)的預(yù)編碼設(shè)計。因為小區(qū)中有多個用戶,預(yù)編碼的設(shè)計主要用于實現(xiàn)小區(qū)中用戶的能效平衡。由于這樣的能效平衡問題是一個NP-hard問題,使用凸近似和凸松弛等方法,將此問題變成易于求解的形式。首先采用了Dinkelebach方法來求解最大最小(max-min)分式優(yōu)化問題。因為變換后的問題仍然是非凸問題,然后使用輪詢迭代方法進行求解。當基站端或中繼端的預(yù)編碼固定后,問題仍然非凸,因而采用凸近似和半正定規(guī)劃方法來求解基站和中繼的預(yù)編碼矩陣。所提出的預(yù)編碼設(shè)計算法不僅可以使用在小區(qū)雙向中繼網(wǎng)絡(luò)中,還可以使用在含有直接鏈路或單項中繼的網(wǎng)絡(luò)場景中。仿直結(jié)果表明，與現(xiàn)有的方法相比，所提出的算法能夠得到較高的平衡能效。3.針對配有多天線的主次用戶相互干擾的認知網(wǎng)絡(luò),提出一種低復(fù)雜度的干擾對齊算法用以消除主用戶及各個認知用戶之間的干擾。所提算法的核心內(nèi)容在于所設(shè)計的干擾對齊問題的構(gòu)建以及相應(yīng)預(yù)編碼的求解。與傳統(tǒng)干擾對齊方法不同,所提的算法不僅可以有效消除掉用戶之間的干擾,還能最大化有用信號的接收功率。仿真結(jié)果表明,所提的算法與現(xiàn)有的干擾對齊方法相比,能夠得到更高的系統(tǒng)和速率并能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)容量和干擾泄漏的均衡。4.考慮基于頻譜共享的認知網(wǎng)絡(luò)預(yù)編碼設(shè)計,用以最大化認知用戶的加權(quán)和速率(WSR)。為提高無線網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率,次級用戶經(jīng)常被授權(quán)與主用戶共享頻譜資源。為確保主用戶和次級用戶有效地傳輸,次級用戶對主用戶的干擾需要限制在一定范圍內(nèi)并且只有次級用戶達到一個給定的速率門限才可以通信。在速率和干擾約束下,為了選擇合適的次級用戶進行傳輸且得到最大的加權(quán)和速率,提出了在只能獲得部分信道狀態(tài)信息的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的一種聯(lián)合接納和預(yù)編碼設(shè)計算法。首先根據(jù)信道的統(tǒng)計特性,采用凸近似和凸松弛方法構(gòu)建加權(quán)和速率最大化問題。然后引入罰因子,用來判斷含有速率約束的問題的可行性,并根據(jù)罰因子的值來進行接納控制。在求解可行問題時,采用歸一化速率譜(rate profile)和多嵌段近似(polyblock outer approximation)方法迭代更新所得到的加權(quán)和速率。仿真結(jié)果表明,所提的算法與現(xiàn)有的方法相比,能夠得到更高的系統(tǒng)加權(quán)和速率。
【關(guān)鍵詞】：預(yù)編碼 波束賦形 下一代無線網(wǎng)絡(luò) 頻譜效率 能量效率
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN92
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 符號對照表11-12
• 縮略語對照表12-16
• 第一章 緒論16-32
• 1.1 無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展概述16-23
• 1.1.1 未來無線通信的發(fā)展趨勢18
• 1.1.2 下一代無線網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)18-23
• 1.1.2.1 新的信號處理技術(shù)19-20
• 1.1.2.2 新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及協(xié)調(diào)技術(shù)20-23
• 1.1.2.3 挖掘新的頻率資源23
• 1.2 預(yù)編碼技術(shù)介紹23-29
• 1.2.1 預(yù)編碼的發(fā)展及標準化現(xiàn)狀23-25
• 1.2.2 預(yù)編碼的應(yīng)用25-29
• 1.2.2.1 規(guī)避干擾25-26
• 1.2.2.2 最小化系統(tǒng)功率26-27
• 1.2.2.3 最小化均方誤差27
• 1.2.2.4 最大化速率、信干噪比27-28
• 1.2.2.5 用于能量傳輸或能效28-29
• 1.3 論文的主要貢獻及結(jié)構(gòu)安排29-32
• 第二章 單向中繼輔助的小區(qū)網(wǎng)絡(luò)預(yù)編碼設(shè)計32-60
• 2.1 引言32-34
• 2.1.1 相關(guān)工作32-34
• 2.2 中繼輔助網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模型34-37
• 2.3 基于零空間的頻譜效率最大化算法37-46
• 2.3.1 預(yù)編碼結(jié)構(gòu)37-39
• 2.3.2 基站預(yù)編碼設(shè)計39-44
• 2.3.3 中繼預(yù)編碼A的設(shè)計44-46
• 2.3.4 基站和中繼預(yù)編碼的聯(lián)合設(shè)計46
• 2.4 基于正交空間的頻譜效率最大化算法46-48
• 2.5 最大化能效算法48-50
• 2.5.1 最大化能效的基站預(yù)編碼設(shè)計48-49
• 2.5.2 最大化能效的中繼預(yù)編碼設(shè)計49
• 2.5.3 聯(lián)合設(shè)計49-50
• 2.6 仿真驗證與分析50-59
• 2.6.1 所提算法的性能驗證53-56
• 2.6.2 收斂性和復(fù)雜度分析56-59
• 2.7 本章小結(jié)59-60
• 第三章 雙向中繼輔助的小區(qū)網(wǎng)絡(luò)預(yù)編碼設(shè)計60-76
• 3.1 引言60-61
• 3.2 系統(tǒng)模型61-63
• 3.3 所提的能效平衡算法63-71
• 3.3.1 Dinkelbach方法63
• 3.3.2 算法3中步驟4的求解63-67
• 3.3.3 算法的收斂性復(fù)雜度及應(yīng)用分析67-71
• 3.4 仿真驗證分析71-75
• 3.4.1 收斂性驗證71-74
• 3.4.2 所提算法的性能分析74-75
• 3.5 本章小結(jié)75-76
• 第四章 基于干擾對齊的認知網(wǎng)絡(luò)預(yù)編碼設(shè)計76-88
• 4.1 引言76-77
• 4.2 系統(tǒng)模型77-78
• 4.3 基于子空間優(yōu)化的干擾對齊方法78-82
• 4.3.1 問題建模及求解78-82
• 4.3.2 算法的收斂性分析82
• 4.4 仿真分析與討論82-87
• 4.4.1 現(xiàn)有干擾對齊方法簡介82-84
• 4.4.2 性能對比與分析84-86
• 4.4.3 復(fù)雜度分析86-87
• 4.5 本章小結(jié)87-88
• 第五章 基于協(xié)作的認知網(wǎng)絡(luò)預(yù)編碼設(shè)計88-104
• 5.1 引言88-89
• 5.2 系統(tǒng)模型89-91
• 5.3 聯(lián)合接納控制和預(yù)編碼設(shè)計算法91-98
• 5.3.1 可行性分析和接納控制91-93
• 5.3.2 更新可達速率γ_κ93-94
• 5.3.3 使用多嵌段近似方法更新速率譜94-97
• 5.3.4 收斂性和應(yīng)用分析97-98
• 5.4 仿真驗證和分析98-102
• 5.4.1 接納控制驗證98-99
• 5.4.2 加權(quán)和速率仿真驗證99-101
• 5.4.3 復(fù)雜度分析101-102
• 5.5 本章小結(jié)102-104
• 第六章 總結(jié)與展望104-108
• 6.1 全文總結(jié)104-105
• 6.2 后續(xù)工作展望105-108
• 附錄A：基于正交空間的預(yù)編碼在多中繼網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用108-110
• 附錄B：定理3.1的證明110-114
• 附錄C：大規(guī)模天線的天線選擇策略114-120
• 參考文獻120-128
• 致謝128-130
• 作者簡介130-131
• 1. 基本情況130
• 2. 教育背景130
• 3. 攻讀博士學(xué)位期間的研究成果130-131

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本文編號：764043