无线协同通信系统能效增强关键技术研究

发布时间：2020-06-08 11:07

【摘要】：近年来全球移动业务爆炸性地增长对无线蜂窝网络的容量提出了更高的要求。在无线网络容量快速提升的同时,系统和用户的能量效率逐渐地成为另一个重要性能指标。MIMO中继协作传输技术具有提升能量效率的潜力,能够利用有限的能量进行高速率传输。此外,诸如移动负载均衡和移动鲁棒性优化等无线协同资源管理技术能够在提升系统容量的同时减少信令开销,从而提升能量效率。因此,本文主要研究了能效增强的MIMO中继协作传输和移动鲁棒性优化问题。主要工作和创新点如下:第一,针对双向中继系统中用户对于能量效率和频谱效率的不同需求,提出了一种基于用户能效的源节点和中继节点联合预编码方案,实现了用户能效和谱效的一体化折衷设计。为了解决基于MIMO双向中继的信息与能量协同传输系统中数据流和能量流正交接收时性能下降问题,在考虑源节点能量受限的情况下,提出了一种基于能量回传的功率控制和预编码联合设计方案。所提方案基于系统速率最优和各节点发射功率约束,首先将联合问题分解为功率控制和中继预编码设计两个嵌套子问题;其次得到功率控制问题的全局最优闭式解和中继预编码的近似最优解。第二,为了提升基于同时同频全双工技术的单向MISO中继系统的传输效率,提出了一段式源节点和中继联合预编码方案。该方案能够充分利用能量回传和同时同频全双工技术,使得能量信息的两跳传输在同时同频完成,显著提升系统性能。该方案所提算法可以利用较低的计算复杂度得到全局最优预编码策略。研究了基于单向全双工MIMO中继的无线传能网络传输问题,提出了一种源节点和中继联合多流预编码设计方案。该方案首先从理论上证明了最优预编码奇异值矩阵需要满足的条件;其次将联合预编码问题分解为相互耦合的源节点和中继预编码设计问题分别求解。第三,针对超密集网络中用户频繁切换导致的吞吐量的下降、信令交互能耗的增多、能量效率下降以及实际系统中系统模型获取困难的问题,提出了一种基于数据驱动的协作深度强化学习的双层切换优化方案。所提方案在上层部署一个基于非监督学习的中央控制器,能够根据用户移动模式将用户分到不同的簇;簇中用户利用协作强化学习架构得到切换控制器。提出的策略利用深度神经网络作为控制器,将参数保存在簇参数服务器中。因为神经网络具有泛化能力,所以有限的神经网络参数能够表示整个状态空间,从而避免用户在进入新场景(区域)后的性能下降。另外,提出了两种利用预训练网络的方法:离线和在线方法。在线方法会令用户从簇参数服务器周期性地下载控制器参数,并在此基础上进行参数的迭代更新。在离线方法中,用户将预训练网络作为参数确定的控制器;最后,利用监督学习初始化神经网络以加快强化学习的训练。
【图文】：

系统分类,基本结构,能量效率,潜力

图１－１：本文研究中继系统分类示意图逡逑倍提高系能量效率的潜力

示意图,基本结构,策略,能效

Ｓｌ邋—Ｒ邋Ｊ＿＿邋—Ｓ２邋Ｓｌ逦Ｒ邋—－Ｉ邋Ｓ２逡逑图１－１：本文研究中继系统分类示意图逡逑倍提高系统能量效率的潜力。文献［５５－５７］在双向ＭＩＭＯ中继系统中研究了高能效逡逑的传输策略。文献［５５］研究了高能效的功率分配策略。文献［５６］提出了能效优先的逡逑天线选择算法。文献［５７］在中继预编码固定的情况下，提出了源节点预编码和功率逡逑联合优化策略。然而，已有研究［５５＿５７］均没有联合优化源节点和中继节点的传输策逡逑略。另一方面，系统能量效率，即整个系统的容量与所耗能量比值，无法有效地满逡逑足在多样的使用场景中各种类型用户对于能量效率和频谱效率不同的需求，因此需逡逑要研宄基于用户能效的传输策略。在双向中继网络中，，研宄基于用户能效的能量增逡逑强传输策略正是本文重点之一。逡逑Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ逦＞逡逑Ｅｎｅｒｇｙ逦？逡逑逦ＳＷ１ＰＴ逦邋逦ＷＰＣ逦逡逑逦Ｓｅｐａｒａｔｅ逦逡逑逦逦Ｃｏ－Ｌａｃａｔｅｄ逡逑逦邋ＩＲ逦
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN929.5

【相似文献】