双源全双工网络中面向时延服务质量保障的资源分配方法

The wireless full-duplex communication has been treated as an effective way to significantly increase the spectrum efficiency of 5G wireless networks. In 5G wireless networks, the high quality-of-service (QoS) requirement requested from the users needs to resort to providing the statistical delay-QoS provisioning for the wireless full-duplex communication..The traditional statistical delay-QoS provisioning for the half-duplex wirless communication can only optimize the effective capacity of the one-source link. However, for the wireless full-duplex communication, it is needed to guarantee the delay-QoS requirements for the two-source link. Under this constraint, how to optimize the throughput of the wireless full-duplex communication is a critical but difficult problem. .To solve the above-mentioned problem, this project places the research emphasis on how to maximize the effective capacity of the wireless full-duplex netwoks. First, we build the mathematical model for effective capacity of the wireless full-duplex communication and the corresponding effective capacity maximization problem. Then, we propose the novel idea for converting the effective capacity of the wireless full-duplex communication into the effective capcity corresponding to a special kind of one-source multiuser. Based on this converting, we design the QoS-driven resource allocation schemes for the wireless full-duplex networks under perfect channel state information (CSI) and imperfect CSI, respectively. The research findings can not only optimize the throughput of the wireless full-duplex networks under the delay-QoS requirement constraint, but also afford the theoretical support for the 5G wireless networks..

全双工通信被认为是第五代移动通信（5G）网络提高频谱效率的有效途径，而在5G网络中，需要为用户提供更迅捷、优质的服务，因此，在全双工通信中保障业务的时延服务质量需求显得尤为重要。.目前，针对半双工业务的保障时延服务质量需求的方法只能优化单源链路的吞吐性能，而在全双工通信中，需要同时保障双源业务的时延服务质量需求，在此前提下，如何最优化全双工网络的吞吐性能是一个难点问题。.针对上述问题，本课题拟开展双源全双工有效容量最大化方法研究。首先，建立双源全双工有效容量及最大化问题模型，提出双源全双工有效容量与特殊的单源多用户有效容量等效转化的新思路；在此基础上，分别在理想与非理想信道信息条件下，设计面向时延服务质量保障的资源分配方案。本研究成果不仅可在保障双源业务的时延服务质量需求的前提下最优化全双工网络的吞吐性能，而且可为构建5G网络提供必要的理论支持。

传统的面向半双工通信业务的时延服务质量保障只需优化单源链路的吞吐性能，而在全双工通信中，由于链路中存在着双源业务，需同时保障业务的双源异构时延服务质量需求，针对上述问题，本课题开展了双源全双工有效容量最大化方法研究。已开展的研究点主要针对以下三部分：1.双源全双工网络的面向时延服务质量保障机制及其最优资源分配策略。2.统计时延服务质量保障机制优化。具体研究了(1)终端直通（D2D）蜂窝网络中面向时延服务质量保障的资源分配策略；(2)5G绿色高效网络中面向时延服务质量保障机制；3.蜂窝小区上/下行链路异构时延服务质量保障机制及其最优资源分配策略。..具体来说，建立了双源全双工有效容量最大化问题模型，提出了双源全双工有效容量与特殊的单源多用户有效容量等效转化的新思路。新提出的面向多时延服务质量保障的最优功率分配策略可以有效克服面向单源时延服务质量保障的功率分配策略仅能最大化多时延服务质量保障需求一致情形下的有效容量的问题。在此基础上，分别在理想与非理想信道信息条件下，设计面向时延服务质量保障的资源分配方案。分别针对单天线/多天线场景，提出了在实时功率与平均功率同时约束下的资源优化策略。基于对互耦信道的分析，得到了面向双源时延服务质量保障的统一最优资源分配方案。探索了全双工网络中理想信道信息下，如何构建双源时延服务质量保障机制，设计了自适应自/互干扰且能保障双源异构时延服务质量保障的功率分配方案。构建了共享信道、正交信道模式下 D2D 的面向时延服务质量保障机制，并与传统蜂窝通信模式进行了对比。..综合上述成果，本研究在保障双源业务时延服务质量需求的前提下最优化了全双工网络的吞吐性能，为构建5G网络提供了必要的理论支持。项目资助发表论文27篇（均为SCI/EI检索），其中中科院SCI一区文章4篇，二区文章2篇，IEEE INFOCOM、GLOBECOM等旗舰会议6篇。培养博士生3名，其中2名已经取得博士学位。项目投入经费27万元，支出12.440878 万元，各项支出基本与预算相符。剩余经费14.599122万元，剩余经费计划用于本项目研究后续支出。