蜂窝异构网络无线资源管理算法研究

来源 :重庆邮电大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhongnan1999
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近年来,随着移动通信技术的迅猛发展,各类移动接入业务得到快速发展并已广泛普及,对传统宏蜂窝网络的业务支持能力提出新的要求。为了进一步提高网络吞吐量、提升网络传输性能、降低网络及终端设备的能源消耗,由宏蜂窝和低功率小蜂窝共同组成的蜂窝异构网络应运而生。然而,蜂窝异构网络中小蜂窝部署的不规则性、蜂窝网络之间及内部的复杂干扰问题以及用户业务需求多样化等特点均给网络无线资源管理技术带来前所未有的挑战。本文针对蜂窝异构网络无线资源管理算法开展研究,具体包含以下内容:首先,在对蜂窝异构网络的研究背景、网络架构及特点进行概述的基础上,阐述了蜂窝异构网络无线资源管理算法的关键技术,其中,着重介绍了资源分配技术,并对蜂窝异构网络的带宽分配、功率分配和联合带宽及功率分配算法进行了分析总结,强调了联合资源分配算法的重要性。针对由宏基站及家庭基站联合组成的蜂窝异构网络场景,考虑到各用户具有不同信道传输特性及服务质量(Quality of Service,QoS)需求,本文提出了一种蜂窝异构网络联合带宽及功率分配算法。首先,根据不同家庭基站用户和宏蜂窝用户的QoS需求以及网络可用带宽资源状态,提出了家庭基站带宽分配策略。特别地,在带宽资源受限情况下,本文引入破产博弈模型,通过夏普利值方法对带宽资源进行合理分配。基于带宽分配策略,建模家庭基站功率分配问题为多目标优化问题,以实现各家庭基站能效最大化。本文采用理想点法对所建模优化问题进行求解,从而优化确定家庭基站功率分配策略。MATLAB仿真证实所提算法可实现家庭基站性能的提升。针对采用非正交多址接入技术(Non-orthogonal Multiple Access,NOMA)的蜂窝异构网络场景,本文提出了一种基于传输速率最大化的联合资源分配及用户匹配算法。考虑由宏基站及家庭基站构成的蜂窝异构网络场景,假设各基站之间采用正交频谱接入方式,同一基站内各用户采用非正交多址接入方式实现网络接入。建模联合资源分配及用户匹配问题为基于网络资源及用户特性等限制条件的网络总传输速率最大化问题。所建模优化问题可等效分解为两个子问题,即资源分配子问题和用户匹配子问题。其中,资源分配子问题定义为在给定基站与用户匹配策略前提下,实现网络带宽及基站功率的优化分配问题,本文采用遗传算法(Genetic Algorithm,GA)优化确定网络带宽及功率分配策略;基于给定的最优带宽及功率分配策略,建模用户匹配子问题,并采用Kuhn-Munkres算法优化求解用户匹配策略。通过MATLAB仿真验证了本算法可实现网络吞吐量的优化。
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