毫米波无线局域网能效传输关键技术研究

发布时间：2017-06-03 17:15

  本文关键词：毫米波无线局域网能效传输关键技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着我国45GHz频段的开放,标准化工作正在如火如荼地进行中,国内成立了IEEE 802.11aj任务组,主要任务是根据中国的毫米波频段制定下一代无线局域网标准。无线局域网的急速发展导致其用户数成倍增长,虽然无线局域网的能耗总体低于3G网络,但是无线局域网也存在其独特的节能、能效问题,绿色通信概念得到了广泛的关注。本文从能效出发,主要研究了MAC层竞争机制改进和物理层预编码设计改进对能效的提升,论文主要工作和创新点如下：1、研究了IEEE802.11ac中的传统动态带宽接入机制实现方法,仿真对比了其与静态带宽接入机制的性能,得出了动态带宽接入机制在绝大多数情况下能量效率更优的结论,仿真分析了干扰帧长度不变时,动态带宽接入机制的性能随有效帧长度变化的趋势,得出了基于能效的高效帧长度。讨论了主信道位置对动态带宽接入机制性能的影响。仿真分析了次信道干扰程度对动、静态带宽接入机制的影响,从能量效率方面来看,仿真结果表明次信道干扰程度极重的情况下,两者性能相似,次信道干扰程度极轻的情况下,静态带宽接入机制性能更优,而其他情况下,动态带宽接入机制性能均更优。2、研究了IEEE 802.11aj(45GHz)中信道分布情况,提出了一种改进型动态带宽接入机制,削弱主、次信道概念,主信道繁忙时有效利用次信道进行数据交换,仿真结果显示IEEE 802.11aj(45GHz)场景中改进型动态带宽接入机制能量效率优于传统动态带宽接入机制能量效率。但是改进型机制带来一种不利影响,即使用大带宽传输数据的情况大大减少,此处提出一种补偿机制：分相共存运行,在大带宽使用极少情况下站点运行补偿机制可强制小带宽站点停止数据传输,从而使站点有机会使用大带宽进行数据传输,仿真结果显示,极端情况下分相共存运行补偿机制能取得较高的能量效率。3、研究了传统预编码设计方法,提出了一种基于和速率最大化的带硬件损伤的预编码设计算法,推导和转化速率的非线性表达式,得出了速率的线性表达式,代入和速率最大化判据,得出基于和速率最大化的带硬件损伤的高效预编码矩阵。仿真结果显示,考虑硬件损伤情况下,系统频谱效率得到了提升。4、提出了一种基于能效最大化的带硬件损伤的预编码设计算法,在将速率非线性表达式转化为线性的基础上,运用了分式规划问题的基本解决方法,完成了优化判据的转化,经过推导和引入辅助变量,将能效优化判据最终转化为凸优化问题。通过算法的双层迭代,最终得出基于能效最大化的带硬件损伤的预编码矩阵。仿真结果表明,本算法相比于未考虑硬件损伤的情况,系统能量效率得到了提升。
【关键词】：802.11aj 能量效率 动态带宽 硬件损伤
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN925.93
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-13
• 缩略词13-15
• 第1章 绪论15-25
• 1.1 研究背景15-16
• 1.2 无线局域网简介16-17
• 1.2.1 无线局域网中的基本概念16
• 1.2.2 无线局域网拓扑结构16-17
• 1.3 无线局域网系列标准17-21
• 1.3.1 已有系列标准18-20
• 1.3.2 IEEE 802.11 aj(45GHz)标准20-21
• 1.4 无线局域网中的能效问题21-22
• 1.5 本文的研究工作与内容安排22-25
• 第2章 无线局域网标准简介25-41
• 2.1 无线局域网MAC层概述25-34
• 2.1.1 MAC层基本帧格式25-27
• 2.1.2 MAC层信道操作27-28
• 2.1.3 分布式信道接入(DCF)28-29
• 2.1.4 增强分布式信道接入(EDCA)29-31
• 2.1.5 点协调功能(PCF)31-32
• 2.1.6 RTS/CTS机制32
• 2.1.7 网络分配向量(NAV)机制32-33
• 2.1.8 传输机会(TXOP)33-34
• 2.1.9 毫米波无线局域网MAC层新机制34
• 2.2 无线局域网PHY层概述34-38
• 2.2.1 单载波(SC)传输34-37
• 2.2.2 正交频分复用(OFDM)传输37-38
• 2.3 无线局域网信道概述38-39
• 2.4 本章小结39-41
• 第3章 IEEE 802.11ac中的动态带宽机制研究41-57
• 3.1 802.11 ac中动态带宽机制的实现41-47
• 3.1.1 空闲信道评估(CCA)41-42
• 3.1.2 动态带宽接入机制42-47
• 3.2 主信道选择的影响47-49
• 3.3 动/静态接入机制的比较49-50
• 3.4 仿真分析50-56
• 3.4.0 仿真参数设置50-51
• 3.4.1 仿真结果分析51-56
• 3.5 本章小结56-57
• 第4章 IEEE 802.11aj中的改进动态带宽机制57-73
• 4.1 IEEE 802.11aj(45GHz)信道分布57
• 4.2 IEEE 802.11aj(45GHz)中动态带宽机制的实现57-58
• 4.3 IEEE 802.11aj(45GHz)中动态带宽机制改进58-61
• 4.3.1 接入信道时的动态带宽机制58-60
• 4.3.2 接入信道后的动态带宽机制60
• 4.3.3 动态带宽机制总结60-61
• 4.4 分相共存运行(PCO)61-65
• 4.4.1 相关帧格式设置规则61-62
• 4.4.2 分相共存基本操作62-64
• 4.4.3 延长1080MHz相操作64
• 4.4.4 分相共存运行总结64-65
• 4.5 仿真分析65-71
• 4.5.1 新动态带宽机制与传统机制的比较65-66
• 4.5.2 主、次信道上干扰程度影响66-69
• 4.5.3 干扰程度严重时的PCO机制增益69-71
• 4.6 本章小结71-73
• 第5章 基于能效优化的毫米波MIMO预编码研究73-85
• 5.1 单BSS系统模型介绍73-74
• 5.2 本章系统模型74-75
• 5.3 优化判据提出75-76
• 5.4 问题转化76-78
• 5.5 算法提出78-81
• 5.5.1 基于和速率最大化的带硬件损伤的MIMO预编码算法78-79
• 5.5.2 基于能效最大化的带硬件损伤的MIMO预编码算法79-81
• 5.6 仿真分析81-82
• 5.6.1 仿真参数设置81
• 5.6.2 和速率最大化算法性能分析81-82
• 5.6.3 能效最大化算法性能分析82
• 5.7 总结82-85
• 第6章 总结与展望85-87
• 6.1 本文工作总结85-86
• 6.2 未来工作展望86-87
• 参考文献87-93
• 硕士期间研究成果93-95
• 致谢95

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