基于资源使用效率优化的非正交多址接入资源管理策略研究与实现

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伴随着海量智能终端源源不断的涌现,无线网络中的数据量呈爆炸式增长,无线网络资源变得越来越稀缺,然而用户对服务质量的要求越来越高,那么如何使用有限的网络资源为无线网络用户提供高质量的服务,变成了世界各大运营商亟待解决的核心问题。非正交多址接入技术(Non-Orthogonal Multiplu Access,NOMA)被认为是该问题的有效技术方案之一,本文针对下行链路蜂窝网络设计了基于非正交多址接入技术的资源管理策略,主要成果如下:(1)针对单组移动终端的无线接入网络,本文建立联合带宽和速率优化分配问题,实现非正交多址接入系统的网络资源使用效率最大化。利用原联合优化问题本身暗含的凸优化问题特性,对原问题进行等价转化之后,将该等价问题进行分层处理,并提出相应分层算法求解相应问题。利用凸优化问题的内在特征,设计出基于结构化排序特征的速率分配算法,该算法能够有效降低计算复杂度。最后的数值仿真结果显示,与传统的频分多址接入(Frequency Division Multiple Access,FDMA)技术方案和启发式网络资源分配方式相比,文中提出的非正交多址接入的系统资源优化方案能大幅提升资源的使用效率。(2)针对多组移动终端的无线接入网络,本文建立了带宽、速率分配和用户调度的联合优化问题,目标是在资源受限的条件下实现多组移动终端用户的网络资源使用效率最大化。原问题是一个非凸优化问题,直接求解非常困难。针对该问题,将分式规划问题等价的转化为差分方式,再将等价问题拆分为多个子问题,并逐一提出有效的算法进行求解。利用带宽分配问题的单调性特性,设计出基于多面体块逼近算法思想的带宽优化分配算法。在此基础上,针对混合二进制非线性规划的接入选择问题,设计出基于蝙蝠算法思想的分组接入选择算法。从最后的数值仿真结果可以看出,文中提出的资源优化方案能大幅提升网络资源的使用效率。
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