正交和非正交传输系统的能量效率

发布时间：2017-07-30 19:19

  本文关键词：正交和非正交传输系统的能量效率

  更多相关文章： 绿色通信 能量效率 正交共享 非正交共享 加权和法 最大化最小化法 多目标优化 分数和优化 广义分数优化 加权切比雪夫法 丁克尔巴赫方法 凹凸过程

【摘要】：随着移动应用和移动设备的不断增长,移动通信网络消耗的能源变得越来越多,所以学术界和工业界对绿色通信的关注程度不断上升。提高网络和终端的能量效率(EE)可以有效减少无线通信的能量消耗,从而减少碳排放给环境造成的污染。本文主要研究了正交共享(OS)网络和非正交共享(NS)网络中的能量效率资源分配问题。目前的大部分研究工作还是在关注提高网络速度和提高网络容量,但是随着无线通信的发展,绿色通信技术也会成为未来无线通信的关键技术之一。通过研究无线通信在传输中的能量效率问题,可以来指导设计绿色通信技术,而且通信行业消耗的能量有很大一部分是无线传输造成的。正交频分多址接入(OFDMA)技术是近几年来非常热门的技术,由于正交频分多址接入系统具有高效性和对抗宽带信号衰落的鲁棒性,所以这一技术被广泛的应用在了各种无线通信场景中。正是因为研究正交频分多址接入技术的广泛应用,使得研究研究正交频分多址接入网络下的能量效率问题变得非常有必要。有一些工作已经研究了系统或是基站的能量效率,本文与已有的这些研究工作不同,本文是研究终端的能量效率。考虑到每一个用户的公平性,在研究中本文最大化每一个用户的能量效率,而且本文还研究了用户之间能量效率的均衡,这样就给运营商提供了更灵活的资源分配方法。比如说有一个移动设备的电池电量比较少了,可以通过分配给它更多的资源来延长这个设备的使用时间。为了优化每一个用户的能量效率,本文提出了一个多目标优化问题(MOOP),并且使用加权和(weighted-sum)法和最大化最小化(max-min)法把多目标优化问题转化成单目标问题(SOOP)来解。由于问题中带有整数变量使得问题不容易求解,本文提出了启发式算法来有效的设计能量效率资源分配算法,分数和优化(sum-of-ratios optimization)和广义分数优化(GFP)分别被用来解决加权和问题和最大化最小化问题。通过改变加权和方法中的权重可以调节每一个用户的资源分配,通过最大化最小化方法可以有效的保证每一个用户的公平性。在未来的网络中,由于移动设备的增加会造成网络中干扰的增加,因此也有必要研究非正交干扰网络中的能量效率问题。在某些场景下非正交网络可以允许一些用户共用一些资源,这可以提高资源的利用率,但是也会造成用户之间相互的干扰。本文提出了一个多目标优化问题来最大化每一个用户的能量效率,并且保证每一个用户的最小传输速率。由于干扰的存在使得资源分配问题变得困难,如果还要考虑用户或系统的能量效率那么会使问题变得更加困难。本文使用加权切比雪夫(weighted Tchebycheff)方法把多目标优化问题转化为单目标问题,使用丁克尔巴赫(Dinkelbach)方法来处理能量效率带来的分式优化问题和使用凹凸过程(CCCP)方法来处理非凸问题。根据这些方法,这里设计了一个有效的启发式能量效率资源分配算法,并且对比了正交和非正交场景下用户的能量效率。通过数值仿真,可以得到的结论是在干扰比较大的情况下使用正交网络会比较好一些。
【关键词】：绿色通信 能量效率 正交共享 非正交共享 加权和法 最大化最小化法 多目标优化 分数和优化 广义分数优化 加权切比雪夫法 丁克尔巴赫方法 凹凸过程
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.5
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 缩写、符号清单、术语表9-12
• 1 绪论12-18
• 1.1 第五代移动通信技术简介12-14
• 1.2 绿色通信技术的起源14-15
• 1.3 绿色通信技术的研究现状15
• 1.4 本文的研究动机和意义15-16
• 1.5 本文的主要内容和结构安排16-18
• 2 正交频分多址接入系统的能量效率18-36
• 2.1 研究背景18-19
• 2.2 系统模型和问题建模19-22
• 2.3 加权和法22-25
• 2.4 最大化最小化法25-30
• 2.5 仿真30-35
• 2.6 本章小结35-36
• 3 非正交系统的能量效率36-56
• 3.1 研究背景36-37
• 3.2 系统模型和问题建模37-41
• 3.3 非正交共享算法41-48
• 3.4 正交共享对比算法48-50
• 3.5 仿真50-54
• 3.6 本章小结54-56
• 4 总结与展望56-60
• 参考文献60-66
• 附录A66-74
• A.1 命题2.1的证明66
• A.2 定理2.1的证明66-68
• A.3 命题2.2的证明68-69
• A.4 命题2.3的证明69
• A.5 定理2.2的证明69-70
• A.6 定理3.2的证明70-71
• A.7 推论3.1的证明71
• A.8 引理3.1的证明71-74
• 攻读学位期间的学术论文及研究成果74-75

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本文编号：595786