基于凸优化理论的无线网络功率分配算法的研究

论文摘要

在当今移动无线通信领域,伴随着越来越高的用户服务和通信质量需求,通信设备规模不断壮大、技术不断革新。但随之而来的是,其所对应的能源消耗也相应剧增,并且碳排放的问题也愈加严峻,这使得绿色通信成为通信系统发展的主流趋势。而在绿色通信网络研究中,功率控制技术又深受关注,其可以在网络节点的能量有限以及信号之间存在干扰等若干限制条件下,通过获取网络系统中的各类反馈信息,并且据此来对各节点的传输功率进行调节,从而实现功率的有效分配并实现网络资源利用率最大化。因此,功率控制是一个提高能量效率、减少能量消耗、保证网络系统公平性的重要方法。同时,在绿色通信中,用户服务质量（Quality of Service,QoS）也是一个重要指标,如何采用合理的功率控制策略,在保证用户服务质量QoS的前提下达到节约能耗,是当今绿色通信的一个研究热点。本文利用功率控制技术,主要针对无线网络系统中最大化最小QoS以及最小化系统内总能耗两个绿色通信场景中的热点问题,基于相关凸优化理论知识,分别提出不同的分布式功率控制方法,以此希望可以在保证用户服务质量的前提下达到节约能耗、绿色通信的目的。本论文成果主要如下:1.将提高无线网络同小区用户瓶颈速率的问题,转化为最大-最小公平性的最优化问题,基于误码率这一影响链路传输速率的重要参数,引入非近似的互补误差函数Q（x）函数,将每个链路的传输速率与信噪比SINR（Signal to Interference plus Noise Ratio）联系起来,从而建立了对应的数学优化模型。在之后,我们立足于Perron-Frobenius定理的适用条件进行推导证明,将最大-最小公平性优化问题的数学模型近似为凹函数,从而可以使用不动点迭代法计算出最优的功率分配方案。多组数值仿真证明了该算法的合理性与可行性。2.对于无线通信网路系统中的总功耗最小化问题,本文首先基于既定的可行性条件,提出了一种动态算法,可以快速迭代计算出最终的功率分配方案,并且通过详细推导,证明算法的可行性与收敛性。较为创新的是,本文进一步讨论了针对总功耗最小化问题中可能面临无解不可行的情况。针对该情况,本文提出了一种动态的算法,将较难满足的用户的传输速率约束与系统的公平性速率结合起来,使算法可以调整速率要求并进行最小化总能耗的迭代计算。在之后,我们讨论了多种不同的最小传输速率的无线通信场景,详细地讨论了即便针对优化问题无解时的用户场景,我们对应算法的优势以及合理可行性。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 徐而实

导师: 翟象平

关键词: 绿色通信,凸优化理论,功率控制,最大最小公平性,最小化总能耗

来源: 南京航空航天大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 数学,电信技术

单位: 南京航空航天大学

分类号: TN929.5;O224

DOI: 10.27239/d.cnki.gnhhu.2019.001824

总页数: 56

文件大小: 1053K

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