無(wú)線(xiàn)中繼網(wǎng)絡(luò)資源分配研究.pdf

1、隨著人們對(duì)隨時(shí)隨地自由通信需求的不斷增長(zhǎng)，各種新興通信技術(shù)相繼出現(xiàn)。無(wú)線(xiàn)中繼網(wǎng)絡(luò)作為一種新興網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，能夠以較小代價(jià)有效地?cái)U(kuò)大覆蓋范圍、提高鏈路質(zhì)量、節(jié)省發(fā)射功率、減小干擾等，從而受到學(xué)術(shù)界與工業(yè)界越來(lái)越多關(guān)注。在傳統(tǒng)單跳無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中，無(wú)線(xiàn)資源分配能在有限無(wú)線(xiàn)資源條件下進(jìn)一步提高傳輸速率等系統(tǒng)性能，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。然而，中繼的引入在改善系統(tǒng)性能的同時(shí)也使無(wú)線(xiàn)資源分配更加復(fù)雜。因此需要結(jié)合中繼的兩跳特性，重新考慮無(wú)線(xiàn)資源分配問(wèn)題。由于這

2、方面的研究并不完善，本文將中繼網(wǎng)絡(luò)無(wú)線(xiàn)資源分配作為研究方向。
　　首先，現(xiàn)有的單小區(qū)無(wú)線(xiàn)中繼資源分配方法在設(shè)計(jì)上?；谝韵吕硐爰僭O(shè):信源和中繼的傳輸時(shí)間長(zhǎng)度相同;中繼均為隨時(shí)可用的輔助節(jié)點(diǎn)。這雖然簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)與分析，但也使得現(xiàn)有中繼資源分配方法的效果受到一定的限制。其次，全局頻率復(fù)用因子導(dǎo)致的小區(qū)間干擾問(wèn)題越來(lái)越重要，存在小區(qū)間干擾的中繼資源分配策略也是亟待解決的問(wèn)題。例如:多小區(qū)干擾對(duì)傳輸模式、路徑選擇以及功率分配的影響。第三，現(xiàn)

3、有研究工作關(guān)于用戶(hù)移動(dòng)對(duì)無(wú)線(xiàn)資源分配的影響還缺乏研究。例如:如何減小移動(dòng)速度對(duì)中繼切換的影響;如何開(kāi)發(fā)用戶(hù)移動(dòng)性以提高系統(tǒng)性能。
　　本文首先通過(guò)將非對(duì)稱(chēng)時(shí)隙傳輸路徑選擇問(wèn)題建模為凸優(yōu)化問(wèn)題，從理論上分析非對(duì)稱(chēng)時(shí)隙分配的性能增益。提出了聯(lián)合時(shí)隙分配以及傳輸路徑選擇方法。仿真表明該方法可以很好地改善系統(tǒng)傳輸速率。然后，本文將基于中繼可信度的傳輸路徑選擇問(wèn)題建模為restless bandit問(wèn)題，利用對(duì)偶分解求得最優(yōu)解，并通過(guò)優(yōu)先級(jí)

4、索引得到便于實(shí)現(xiàn)的分布式算法。仿真結(jié)果表明該算法可大大改善傳輸性能。
　　其次，本文研究存在小區(qū)間干擾的中繼資源分配算法。為便于分析，本文首先定義傳輸范圍和干擾范圍，并提出了多小區(qū)傳輸路徑選擇和功率分配方法。每小區(qū)信源節(jié)點(diǎn)首先選擇小區(qū)內(nèi)具有最大傳輸速率的傳輸路徑，并以此建立干擾表，然后根據(jù)此表，設(shè)計(jì)最小功率分配或自適應(yīng)功率分配方法調(diào)節(jié)發(fā)射功率以減小小區(qū)間干擾。針對(duì)實(shí)際場(chǎng)景多小區(qū)干擾累積的性質(zhì)，本文接著提出了兩步驟傳輸模式、路徑選擇

5、和功率分配方法，根據(jù)信道狀態(tài)和小區(qū)間干擾確定傳輸模式及路徑，然后利用幾何規(guī)劃建模并求解功率分配問(wèn)題。為了進(jìn)一步減小小區(qū)間的信令交互開(kāi)銷(xiāo)，對(duì)系統(tǒng)平均傳輸速率進(jìn)行漸進(jìn)分析，提出了一種啟發(fā)分布式資源分配算法便于實(shí)現(xiàn)。仿真結(jié)果表明，提出的算法可有效改善系統(tǒng)性能。
　　最后，用戶(hù)移動(dòng)對(duì)中繼網(wǎng)絡(luò)無(wú)線(xiàn)資源管理有較大影響。本文首先利用半馬爾科夫決策過(guò)程建模用戶(hù)移動(dòng)導(dǎo)致的中繼間切換過(guò)程，研究以較小的切換開(kāi)銷(xiāo)實(shí)現(xiàn)傳輸速率最大化。通過(guò)推導(dǎo)信噪比與用戶(hù)移

6、動(dòng)速率的關(guān)系，在狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣中考慮用戶(hù)移動(dòng)性因素。在馬爾科夫決策模型的報(bào)酬函數(shù)中引入了小區(qū)內(nèi)中繼切換以及小區(qū)間中繼切換開(kāi)銷(xiāo)的影響，利用值迭代算法得到最優(yōu)切換決策，并討論了該算法在實(shí)際系統(tǒng)中的實(shí)施問(wèn)題。仿真結(jié)果說(shuō)明提出的切換策略能以較小切換開(kāi)銷(xiāo)取得較大的傳輸速率。本文最后提出一種自適應(yīng)攜帶存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，選擇空閑移動(dòng)用戶(hù)作為中繼節(jié)點(diǎn)，減小通信中斷時(shí)間。為了使目標(biāo)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在無(wú)通信覆蓋區(qū)域通過(guò)中繼節(jié)點(diǎn)盡可能保持通信，被選中繼節(jié)點(diǎn)提前存儲(chǔ)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)