高速移动环境下快速动态无线资源优化的研究

高速公路和高速铁路的大规模运营使得高速移动环境下宽带无线接入的需求日益增加。快速变化的无线环境、传输业务的实时性、日益紧张的频谱资源必然要求高速移动环境下的无线资源管理具有以快速实时为核心，兼顾可靠性和绿色的特点。本项目紧扣高速移动环境下无线通信的特点，充分利用其规律性和可预知性，采用前摄式动态联合资源优化方法：①将问题建模为马尔可夫过程，估计出下一资源分配时间粒度内的可用无线资源；②通过排队论等数学工具得到与时延相关的参数并通过映射转化为严格的时延约束；③使用不完全信息非协作博弈理论对下一时刻的接入控制、频率与功率进行动态联合优化。效用函数的构建考虑对用户及系统服务质量的要求以保证可靠性；算法实现过程中提高频谱利用率和降低发射功率，满足绿色通信的要求；高效分布式自学习算法保证资源优化结果尽快达到稳定与本地最优的同时接近全局最优。本课题将对高速移动环境下无线资源管理的研究提供有益积累。

一、高速情景下时延约束的无线资源管理方法：.1. 建立了基于移动中继技术的高速移动环境下的系统模型，并对该模型下的干扰问题进行了分析，提出了基于非协作博弈论的功率分配方法，引入时延为参数的约束条件，以最大化有效容量为目标，在考虑进行有效协调干扰的同时维护每类用户的服务质量。.2. 分析了高速移动环境下基于移动中继的系统架构中切换存在的问题，提出了相应的解决方案：引入两个参考点来保证切换时间，通过引入提前准备和双播机制来减少切换中断时间以及保证无缝切换。通过把我们的方法与传统的方法在切换时延、通信中断时间和双播通信时间等几个角度上的仿真和对比，显示了我们的方法具有更好的性能。.3.针对高速移动环境下多业务多用户正交频分多址（OFDMA）系统下行链路提出一种基于不同业务QoS 需求的动态资源分配方案。.4.在基于移动中继结构的高速移动OFDMA系统中，针对下行的干扰问题，提出了一种基于几何规划方法的无线资源管理方案。.二、在基于D2D子系统和蜂窝系统构成的异构网络场景中的无线资源管理：.1.在基于D2D和蜂窝系统的混合网络的高速移动环境的架构中，针对频率资源的选择进行了优化，分别提出了基于宏小区终端利用位置信息辅助的资源分配方法和D2D通信终端直接进行测量的资源分配方法。.2.在基于D2D传输技术的混合网络的高速移动环境的架构中，以最大化系统和吞吐量为目标，进行了功率分配的研究，极大降低了复杂度。.3. 提出了针对复用上行资源上行以及同时适用于复用上行和下行资源的干扰协调方法。.4. 提出了针对基站完全控制、基站部分控制、以及移动场景下的设备发现方法。.5. 针对D2D 与LTE 系统的混合网络，先后提出了基于有效频率分配的干扰协调机制，基于Stakelberg博弈理论的干扰协调机制以及基于重叠的联盟博弈机制的频率分配算法。.三、基于Femtocell和蜂窝网络构成的异构网络的无线资源管理方法：.1. 在宏小区与毫微微小区构成的异构网络中，提出了以能耗最大化为目标的跨层优化的无线资源管理方法。.2. 针对认知无线电的系统，提出了基于SVD 算法的有效的检测授权用户的方法，并提出了分布式的载波聚合方法。..基于以上研究，共发表论文16篇（以及已接收待发表1篇）其中SCI检索论文3篇，EI检索论文12篇，申请专利18项，授权12项，获得软件著作权2项。专著1部。