基于认知技术的分层异构网络能效分析与资源分配研究

After fast developing for decades, wireless cellular communication systems gradually come across the bottlenecks of network capacity and energy consumption. It is a great challenge to increase the network capacity under the constraints of limited spectrum resources and energy consumption. The layered heterogeneous networks (HetNet,Heterogeneous Networks) is an effective approach to solve the problems.Combined with cooperative communication and radio cognitive technology, this project investigates the resource allocation of layered HetNet to meet the requirement of energy efficiency and quality of service of users. Specially, we mainly focus on the following research works:(1)the analysis of coverage and energy efficiency for layered HetNet based on cognitive radio technology;(2)the optimal transmit scheme and selection based on cognitive technology;(3)the resource allocation and energy-efficient strategies of layered HetNet. The outcome of our research can provide valuable technical references for applying cooperative and cognitive radio technologies in wireless cellular networks, and can provide theoretical support for obtaining energy-efficient layered HetNet.

经过几十年的快速发展，无线蜂窝通信系统逐渐遇到了容量与能耗瓶颈，如何以有限的频谱和能量大幅提高网络容量是一个巨大的挑战。构建分层异构网络是解决以上问题的一种有效途径。本项目以提高能效、满足用户服务质量要求为目标，结合认知技术和协作通信技术，研究基于认知的分层异构网络的资源分配问题。重点研究（1）基于认知的分层HetNet覆盖与能效问题；（2）基于认知的传输方案及其选择问题；（3）分层HetNet资源分配与节能策略问题。通过本项目的研究，为协作通信技术和认知无线电技术的应用提供有价值的技术参考，为实现"绿色分层异构无线接入网络"提供一定的理论支撑。

无线蜂窝通信系统逐渐遇到了容量与能耗瓶颈，构建异构网络(HetNet)和利用绿色能源是解决以上问题的一种有效途径。本项目以提高能效、满足用户服务质量要求为目标，结合认知技术和协作通信技术，研究基于认知的分层异构网络的资源分配问题。重点完成以下研究内容。.(1) 基于认知的分层HetNet覆盖与能效问题。利用随机几何理论对分层异构网络的干扰进行建模和分析，并提出一种分析框架，根据用户干扰、业务特性、能量获取状态实现系统频谱效率和能量效率最大化的小基站布放和用户关联策略，并且提出了低复杂度算法。.(2) 基于认知的传输方案及其选择问题。研究了单链路和广播信道无线资源的分配与优化研究，采用马尔科夫决策过程实现能量和速率的分配，提出了通过自适应改变传输速率使得总传输时间最小的优化问题和实现算法，得到了影响最小传输时延的主要因素。研究结果可以量化，根据信道状态、链路能耗和队列情况，提出了动态链路选择和切换算法。.(3) 分层HetNet资源分配与节能策略问题。根据网络的干扰、能量到达、负载情况，重点研究了用户关联、频带分配方案、功率控制、切换、不连续接收等问题，并提出了相应的算法。例如，提出了利用卡尔曼滤波法实现网络侧对系统总干扰的预测来控制各微用户发射功率的控制算法，所提方法能够有效跟踪网络干扰波动，实现准确的信号功率补偿以达到用户QoS需求。. 通过本项目的研究，为协作通信技术和认知无线电技术的应用提供有价值的技术参考，为实现"绿色分层异构无线接入网络"提供一定的理论支撑。