基于時延QoS要求的多載波中繼能量收集系統(tǒng)的資源分配.pdf

1、采用正交頻分復用的多載波中繼(Multicarrier Relay,MR)協(xié)作技術(shù),可以提高通信系統(tǒng)的頻譜利用率、擴大通信范圍及減少長距離通信過程中出現(xiàn)的信號衰減等問題。同時,在時延敏感的無線通信環(huán)境下,時延服務(wù)質(zhì)量(Quality-of-Service,QoS)是衡量無線通信系統(tǒng)性能的一個重要指標。另一方面,能量收集無線通信系統(tǒng)可以降低對外界供電設(shè)備的依賴,依靠自身收集能量進行通信,實現(xiàn)通信的可持續(xù)性和穩(wěn)定性。因此,在具有能量收集節(jié)點

2、的多載波中繼(Energy Harvesting MR,EHMR)通信系統(tǒng)中,考慮時延QoS要求,如何合理分配系統(tǒng)頻譜、功率等資源,提高整個系統(tǒng)的通信性能,是資源分配研究的核心。
　　論文針對基于時延QoS的EHMR通信系統(tǒng),分別在確定信道和不確定信道信息場景下,采用凸優(yōu)化方法和魯棒性優(yōu)化方法,對通信系統(tǒng)的子載波和功率分配進行研究,規(guī)劃問題、求解,并進行仿真驗證和分析。
　　論文的研究工作包括:
　　(1)簡述了基于時

3、延QoS要求的EHMR系統(tǒng)研究的相關(guān)背景,如多載波中繼通信技術(shù)的發(fā)展和研究、能量收集通信系統(tǒng)的研究概況、滿足時延QoS要求的通信系統(tǒng)的資源分配研究以及非確定信道下的魯棒性資源分配研究等。進一步,論文介紹了相關(guān)數(shù)學理論基礎(chǔ),如凸優(yōu)化理論、Taylor近似法、魯棒性優(yōu)化方法等。
　　(2)在信道狀態(tài)信息確定的情形下,研究EHMR系統(tǒng)的資源分配問題。以實現(xiàn)通信系統(tǒng)的有效容量最大化為目標,滿足系統(tǒng)時延服務(wù)質(zhì)量QoS的要求,建立系統(tǒng)模型并規(guī)

4、劃優(yōu)化問題。同時,利用Taylor近似和凸優(yōu)化理論對對優(yōu)化問題求解,并采用子梯度迭代法進行數(shù)值求解,得到系統(tǒng)的最優(yōu)資源分配方案。為降低計算復雜度,論文提出一種次優(yōu)化的資源分配方案,根據(jù)信道狀態(tài)信息對子載波進行分配,確定子載波分配方案后,重新規(guī)劃問題,求解得到信號發(fā)送功率的分配方案。在以上基礎(chǔ)上,利用蒙特卡羅仿真方法對提出的最優(yōu)資源分配方案和次優(yōu)資源分配方案進行驗證和分析。通過幾種資源分配方案的對比結(jié)果表明,在相同條件下,采用提出的最優(yōu)資

5、源分配方案,在保證時延QoS條件下,可以獲得最大的有效容量,通信性能最優(yōu)。
　　(3)考慮在非確定信道狀態(tài)信息的情形下,研究EHMR系統(tǒng)在滿足時延QoS要求的魯棒性資源分配方案。采用Worstcase方法,將非確定信道下的信道功率增益值表示為估計值和誤差值兩部分之和,且利用一般范數(shù)模型可以將誤差值表示成一個不確定集并且為該不確定區(qū)域設(shè)置一個上界。在滿足能量約束和時延要求的條件下,規(guī)劃魯棒性優(yōu)化問題,然后利用拉格朗日對偶方法對該問題

6、進行求解,獲得魯棒性資源分配問題的最優(yōu)解。該最優(yōu)解中信道功率增益值含有不確定的參數(shù):不確區(qū)域的上界和在該不確定區(qū)域中功率增益取各種值的取值概率。在以上基礎(chǔ)上,論文進行仿真分析,研究了信道功率增益值、不確定區(qū)域上界和取值概率之間的關(guān)系,進一步,分析了魯棒性資源分配方案中時延QoS參數(shù)、各時隙收集的能量、不確定區(qū)域上界和取值概率等參數(shù)對通信系統(tǒng)有效容量的影響。結(jié)果表明,在非確定信道狀態(tài)信息下,提出的魯棒性資源分配方案能夠?qū)崿F(xiàn)有效容量和系統(tǒng)穩(wěn)