云无线接入网络去程受限下的资源分配优化研究

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随着移动业务快速增长,传统蜂窝网络已不能满足用户的服务质量需求,且无线网络的建设、运维及升级成本压力越来越大。云无线接入网络(C-RAN,Cloud-Radio Access Network)作为一种新型的无线接入技术,不仅能减少无线网络的建设与运维成本,也能够提升频谱效率和能量效率。作为C-RAN关键组成,去程(Fronthaul)链路需要承载各种射频信号的传输,其容量易受限,严重制约了 C-RAN的性能增益。C-RAN的去程链路可以采用不同的传输技术,对应的容量和成本都有显著的差异,需要在容量和成本之间进行平衡。然而传统的能效、谱效指标不能反应去程链路容量和成本之间的平衡关系。为此,在传统能效指标的基础上,考虑了成本因素,本论文提出了经济频谱效率指标,它将传统的能效谱效与去程容量和成本之间的关系进行了联合考虑。基于所提的经济频谱效率指标,在去程容量受限和发射功耗受限约束下,为最大化经济频谱效率,提出了波束赋形优化问题,该问题是非凸的,为此提出了两层迭代方法,即外层循环通过二分搜索法将原始波束赋形设计问题转换为等价子问题,而内层循环则通过加权最小均方误差来求解最优化的子问题。仿真结果表明提出的两层迭代方法能够获得优化的波束赋形解决方案,从而有效提升网络整体性能。为了缓解去程容量受限和时延受限,在C-RAN中引入了终端直通技术。在去程容量、发射功耗与模式选择约束下,为最大化经济频谱效率,需要优化相应的资源分配与模式选择方案。鉴于优化目标是非凸问题,论文首先通过迭代算法将该非凸问题转变为凸优化问题,再通过拉格朗日对偶分解法进行求解。仿真结果表明,经过有限步的迭代,所提方法能够快速收敛,获得优化的经济频谱效率。本论文所提的经济频谱效率能够评估去程或回程链路对无线网络性能的影响,所给出的两个优化问题的求解结果对未来无线网络的性能评估和对应的优化设计具有重要的研究意义。
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