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点对点全双工系统中基于统计时延QoS保障的功率分配研究

发布时间:2017-12-31 07:32

  本文关键词:点对点全双工系统中基于统计时延QoS保障的功率分配研究 出处:《吉林大学》2016年硕士论文 论文类型:学位论文


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【摘要】:能源危机和温室效应已成为亟待解决的全球性问题。随着通信业务需求的飞速增长,信息和通信技术(ICT)的能量消耗急剧增加。据报道,每年ICT产业贡献2%-3%的全球温室气体排放量,且这一比例正日益增加。同时,随着移动互联网、物联网的飞速发展,人们对通信业务的需求由单一的语音业务转变为复杂的混合业务,这导致无线用户对服务质量(QoS)的要求不断提高。对于时延敏感业务,时延QoS是更为重要的性能指标。如何利用有限的频谱资源承载具有不同QoS要求的业务,为异构业务提供QoS保障并提高能量效率是下一代无线通信技术关注的核心问题之一。但是,由于无线衰落信道的时变特性,很难保障业务的确定性时延。因此,基于有效容量理论的统计时延QoS保障受到广泛关注。全双工通信技术是第5代移动通信网络提高频谱效率的有效途径。为了给用户提供迅捷、优质的服务,在全双工通信中提高能量效率、保障业务时延QoS要求显得尤为重要。因此,本文基于统计时延QoS保障,研究点对点全双工系统中能量效率最优的功率分配问题,并进一步研究能量效率和有效容量的权衡问题。具体研究内容如下:(1)研究半双工系统中能效最优的功率分配问题。系统能量效率定义为系统有效容量与系统总能耗功率的比值。首先不考虑平均发送功率约束条件,研究时延QoS约束下能效最优模型的求解方法,探究电路损耗功率对最优功率分配的影响。其次考虑平均发送功率约束条件,将能效最大化问题转化为有效容量最大化问题,进而探究平均发送功率对功率分配的影响。(2)研究点对点全双工系统中能效最优的功率分配问题。通过引入自干扰消除系数,建立时延QoS约束下的点对点全双工系统能效最大化问题模型,并证明目标函数是拟凸函数。在不考虑平均发送功率约束条件下,利用仿射变换和分式规划求解该拟凸问题,从而得到最优功率分配,并构建最优平均功率门限。在考虑平均发送功率约束条件下,基于已构建的最优平均功率门限,将能效最大化问题转化为有效容量最大化问题,进而求解最优功率分配。(3)研究点对点全双工系统中能量效率和有效容量的权衡问题。首先提出一种联合优化系统能量效率和有效容量的多目标优化问题模型。通过引入重要度权重因子,可灵活改变该多目标优化问题中能量效率和有效容量的优先级,从而将该多目标优化问题转化为单目标优化问题。其次利用分式规划求解该单目标优化问题,对于给定的重要度权重因子和时延QoS指数,获得最优平均功率门限,进而基于该门限值探究权衡下的最优功率分配。综上,本文基于有效容量理论、统计时延QoS保障理论、凸优化理论、信息论等,首次针对点对点全双工系统,研究统计时延QoS约束下能效最优的功率分配问题,以及能量效率和有效容量的权衡问题。该研究结果可以为下一代无线通信技术构建高服务质量、高能量效率的全双工通信系统提供理论指导。
[Abstract]:The energy crisis and the greenhouse effect has become a global problem. With the rapid increase of communication services, information and communication technology (ICT) energy consumption increased dramatically. According to reports, the global greenhouse gas emissions per year ICT industry 2%-3%, and the proportion is increasing. At the same time, with the mobile Internet, the rapid the development of the Internet of things, people demand for communication services from voice service to change the single mixed business complex, which leads to the wireless user quality of service (QoS) requirements continue to increase. For delay sensitive traffic delay, QoS is a more important performance. How to use the limited spectrum resources with different bearing QoS services, for heterogeneous business to provide QoS guarantee and improve energy efficiency is one of the core issues of wireless communication technology on the next generation. However, due to the time-varying wireless fading channel. It is difficult to guarantee, to determine the time delay business. Therefore, the statistical delay QoS effective capacity theory has attracted wide attention. Based on the guarantee of full duplex communication technology is the effective way to improve the spectral efficiency of the fifth generation mobile communication network. In order to provide users with fast, high quality service, improve the energy efficiency in full duplex communication, security business delay QoS requirements is particularly important. Therefore, in this paper, the statistical delay QoS guarantee based on research on the optimal power allocation of energy efficiency point full duplex system, balance and further study of energy efficiency and effective capacity. The specific contents are as follows: (1) the optimal power allocation problem for energy efficiency of half duplex system. The ratio of the system energy efficiency is defined as the system capacity and the system total energy consumption power. First, without considering the average transmit power constraint, QoS constraint efficiency most of the time delay Method for solving the optimal model, explore the impact of circuit power loss of the optimal power allocation. Secondly considering the average transmit power constraint, the maximum energy efficiency into effective capacity maximization, and then explore the impact of the average transmit power for power distribution. (2) research on the optimal power allocation efficiency point point full duplex system the problem. By introducing the self interference cancellation coefficient, time delay of establishing QoS constrained point-to-point full duplex system model energy efficiency maximization problem, and prove that the objective function is quasi convex function. Without considering the average transmit power constraint conditions, using affine transform and fractional programming to solve the quasi convex problem, thus the optimal power the average power distribution, and constructs the optimal threshold. Considering the average transmit power constraint, the optimal average power threshold has been constructed based on the maximum energy efficiency into a Effective capacity maximization, thus solving the optimal power allocation. (3) research on the energy efficiency tradeoff point and effective capacity point full duplex system. We propose a joint optimization of system energy efficiency and the effective capacity of the multi goal optimization model. By introducing the importance of weight factor, the flexibility to change the target optimization of energy efficiency and effective capacity in priority, and thus the multi-objective optimization problem into a single objective optimization problem. Then using the single objective optimization problem solver for a given fraction, the weights of factors and the delay of the QoS index, the optimal average power threshold, and then based on the threshold value of the optimal power allocation of balance the summary, this paper based on the theory of effective capacity, statistical delay QoS security theory, convex optimization theory, information theory, for the first time in point-to-point full duplex system, research The optimal power allocation problem with statistical delay QoS constraint and the trade-off between energy efficiency and effective capacity are discussed. The research results can provide theoretical guidance for the next generation wireless communication technology to build high quality of service and high energy efficiency full duplex communication system.

【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TN92

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本文编号:1358796

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