异构云无线接入网中基于SWIPT的资源调度方案设计

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异构云无线接入网(H-CRAN)发挥了云无线接入网(CRAN)和异构网络(Het Net)的双重优点,被视为新一代网络架构。无线携能通信(SWIPT)可以在传输信息的同时收集射频信号(RF)的能量来延长节点的生命周期,提升系统的能量效率。在移动互联和万物互联的大背景下,降低通信能耗、寻求高能效的无线通信技术以及合理有效的资源调度方案势在必行。本文研究H-CRAN中基于频谱效率最大化的子载波和功率联合优化策略。同时,以能效为目标,研究H-CRAN中基于SWIPT的能量分配与时隙切换系数联合优化策略。在考虑能量收集约束的情况下,研究H-CRAN中吞吐量最大化资源调度方案。论文的主要研究内容如下:1)研究了H-CRAN基于多点协作联合传输(COMP)的上下行链路资源分配方案。首先以频谱效率最大化建立数学优化问题,同时给出了H-CRAN频谱效率和能量效率的折衷表达式。通过对子载波调度与分配、RRH发射功率和HPN发射功率的联合优化,在满足最大发射功率的约束条件下最大化系统的频谱效率。为了解决原始非线性整数优化问题,论文将其拆分为两个子问题分别求解,对下行链路和上行链路的功率分配采用基于迭代的多基站联合分配和KKT条件分别进行求解。仿真结果表明,所提方案优于经典轮询算法和平均功率分配算法。2)研究了H-CRAN中基于SWIPT的能量分配与时隙切换(TS)系数联合优化策略。用户通过非正交多址接入(NOMA)技术来共享子信道,通过时隙切换来分别进行信息解码和能量收集。该策略对子信道、时隙切换系数和RRH与HPN的功率进行联合优化。所提策略以H-CRAN的能量效率最大化为优化目标建立优化模型,提出一种双向匹配的子信道分配算法,然后利用Dinkelbach方法对原始问题进行变形,通过内外层循环联合优化时隙切换系数和功率。仿真结果表明,SWIPT技术大大提高了系统的能效。随着最小收集能量的增加,系统的能效逐渐降低,而用户的最小传输速率对系统能效则没有影响。3)研究了H-CRAN中基于能量收集约束的吞吐量最大化资源调度方案。系统模型中,下行链路的用户通过功率分割因子分别进行信息解码和能量收集,并利用收集的能量在上行链路中传输信息。在用户能量收集约束的情况下建立以系统加权吞吐量为目标的优化问题,提出H-CRAN中子载波、功率分割因子和上下行功率的联合优化方案,通过贪婪算法和拉格朗日对偶方法对子载波、功率分割因子和功率进行联合优化,在保证用户最小收集能量的约束条件下最大化系统加权的吞吐量。论文对H-CRAN系统中结合COMP和SWIPT等技术的多资源调度优化方案进行了初步研究,该研究成果对未来的相关工作提供了一定的参考价值。
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