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基于博弈論和凸優(yōu)化的異構網(wǎng)絡資源分配方法研究 答辯日期 學號 RESEARCHONRESOURCEALLOCATIONINHETEROGENEOUSNETWORK 答辯人 指導老師 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目錄 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter Part1 Part2 Part3 Part4 Part5 緒論 異構網(wǎng)絡資源分配相關技術 基于非合作博弈論下行鏈路功率分配研究 基于凸優(yōu)化的下行鏈路資源分配研究 結(jié)論 目錄 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter Part1 Part2 Part3 Part4 Part5 緒論 異構網(wǎng)絡資源分配相關技術 基于非合作博弈論下行鏈路功率分配研究 基于凸優(yōu)化的下行鏈路資源分配研究 結(jié)論 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目錄 研究背景及意義國內(nèi)外研究現(xiàn)狀論文結(jié)構安排 研究背景及意義 每年的數(shù)據(jù)量都在翻倍增加業(yè)務密集地方覆蓋情況不好 宏基站中引入小基站 減輕宏基站的流量負擔結(jié)合非授權頻段 提高非授權頻段的利用率 保證用戶的通信服務要求 研究背景 研究意義 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目錄 研究背景及意義國內(nèi)外研究現(xiàn)狀論文結(jié)構安排 異構網(wǎng)絡資源分配的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 功率控制 合作信道的子信道部署 功率控制和子信道分配 聯(lián)合授權頻段和非授權頻段 代價函數(shù)和功率控制 博弈論和凸優(yōu)化 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 2008 2016年中興 華為 中國移動以及學術機構集中在功率和頻譜兩方面的優(yōu)化混合圖論和復用頻譜的干擾控制案用戶類型權重的比例公平調(diào)度博弈論 凸優(yōu)化代價機制LTE和LTE U相結(jié)合 國外研究現(xiàn)狀 2010年 J G Andrews建立基于泊松隨機分布的接入模型2012年 Han Shibjo提出一種新的網(wǎng)絡接入方法WangChiCheung同時控制宏基站和小基站的接入方式2014年至今 諾基亞 高通在廣泛深入研究LTE U方案 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目錄 研究背景及意義國內(nèi)外研究現(xiàn)狀論文結(jié)構安排 論文結(jié)構 目錄 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter Part1 Part2 Part3 Part4 Part5 緒論 異構網(wǎng)絡資源分配相關技術 基于非合作博弈論下行鏈路功率分配研究 基于凸優(yōu)化的下行鏈路資源分配研究 結(jié)論 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目錄 異構網(wǎng)絡干擾分析Wi Fi數(shù)據(jù)包功率控制技術 異構網(wǎng)絡 Part2 由計算機 網(wǎng)絡設備不同類型的網(wǎng)絡組成網(wǎng)絡終端設備可以由不同的生產(chǎn)商生產(chǎn)不同的網(wǎng)絡和接口遵循不同的協(xié)議支持各種各樣的應用不同類型的網(wǎng)絡覆蓋之間可以有重疊部分一般情況下是在宏網(wǎng)絡中分布一些傳輸功率比較小的節(jié)點 形成異構網(wǎng)絡 異構網(wǎng)絡 HeterogeneousNetwork HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目錄 異構網(wǎng)絡干擾分析Wi Fi數(shù)據(jù)包功率控制技術 異構網(wǎng)絡中的干擾分析 Part2 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目錄 異構網(wǎng)絡干擾分析Wi Fi數(shù)據(jù)包功率控制技術 Wi Fi數(shù)據(jù)包傳輸概率 Part2 假設有n個站點 每一個站點總是有數(shù)據(jù)包需要傳輸 在飽和情況下 數(shù)據(jù)包發(fā)送時都需要等待前一個數(shù)據(jù)包成功發(fā)送 即有一個退避時間 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目錄 異構網(wǎng)絡干擾分析Wi Fi數(shù)據(jù)包功率控制技術 資源分配中功率分配技術 Part2 目錄 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter Part1 Part2 Part3 Part4 Part5 緒論 異構網(wǎng)絡資源分配相關技術 基于非合作博弈論下行鏈路功率分配研究 基于凸優(yōu)化的下行鏈路資源分配研究 結(jié)論 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目錄 下行功率分配系統(tǒng)模型分配算法仿真結(jié)果引入Wi Fi下行功率分配 異構網(wǎng)絡下行鏈路功率分配 系統(tǒng)模型 同時考慮N個同頻干擾的基站每個基站內(nèi)的活躍用戶為U同頻子信道的相鄰基站用戶之間存在同頻干擾在同一個基站內(nèi) 多個用戶不能共享一個信道 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目錄 下行功率分配系統(tǒng)模型分配算法仿真結(jié)果引入Wi Fi下行功率分配 異構網(wǎng)絡下行鏈路功率分配 形成優(yōu)化問題 引入非合作博弈論 凈效用函數(shù) 效用函數(shù) 代價函數(shù) 最優(yōu)解 表示單位功率的價格 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目錄 下行功率分配系統(tǒng)模型分配算法仿真結(jié)果引入Wi Fi下行功率分配 如果滿足以下條件 則非合作博弈存在納什均衡點1 是歐式空間的非空 閉的 有界凸集 2 在連續(xù) 在上擬凹 證 1 2 納什均衡均衡點存在性證明 異構網(wǎng)絡下行鏈路功率分配 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目錄 下行功率分配系統(tǒng)模型分配算法仿真結(jié)果引入Wi Fi下行功率分配 納什均衡均衡點唯一性證明 異構網(wǎng)絡下行鏈路功率分配 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目錄 下行功率分配系統(tǒng)模型分配算法仿真結(jié)果引入Wi Fi下行功率分配 因為標準方程收斂到唯一點 所以納什函數(shù)的唯一性需要證明為標準函數(shù) 即滿足正性 單調(diào)性和可量測性 證 2 單調(diào)性 單調(diào)遞減 3 可測量性 1 正性 可測量性 納什均衡均衡點唯一性證明 異構網(wǎng)絡下行鏈路功率分配 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目錄 下行功率分配系統(tǒng)模型分配算法仿真結(jié)果引入Wi Fi下行功率分配 流程圖 仿真參數(shù) 異構網(wǎng)絡下行鏈路功率分配 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目錄 下行功率分配系統(tǒng)模型分配算法仿真結(jié)果引入Wi Fi下行功率分配 b 每個用戶吞吐量收斂性 a 每個用戶功率收斂性 收斂性分析 異構網(wǎng)絡下行鏈路功率分配 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目錄 下行功率分配系統(tǒng)模型分配算法仿真結(jié)果引入Wi Fi下行功率分配 隨著代價因子的不斷增加 系統(tǒng)的平均功率在不斷的減少每個用戶在提高自己的吞吐量的同時增加對其他同頻使用者的干擾 這時該用戶受干擾時 就會增加發(fā)射功率 從而增加自己的吞吐量 進入一個惡性循環(huán)狀態(tài)當引入代價函數(shù)后 用戶的對自己的高發(fā)射功率需要付出一定的代價 所以隨著代價因子的增加 用戶的發(fā)射功率也會逐漸的減少 不同代價因子對系統(tǒng)平均功率的影響 異構網(wǎng)絡下行鏈路功率分配 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目錄 下行功率分配系統(tǒng)模型分配算法仿真結(jié)果引入Wi Fi下行功率分配 隨著代價因子的增加 系統(tǒng)的總吞吐量也在增加 但是當代價因子到達一定的值時 系統(tǒng)的總吞吐量不再增加 達到一個平衡狀態(tài)可以選擇最佳的代價因子 降低發(fā)射功率的同時也可以保證系統(tǒng)的吞吐量 不同代價因子對系統(tǒng)吞吐量的影響 異構網(wǎng)絡下行鏈路功率分配 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目錄 下行功率分配系統(tǒng)模型分配算法仿真結(jié)果引入Wi Fi下行功率分配 隨著代價因子的增加 系統(tǒng)公平性指數(shù)在不斷的下降不同信道條件的下的用戶 在提高自己發(fā)射功率的同時均要付出相同的代價 對于信道條件不理想的用戶就會出現(xiàn)不公平 不同代價因子對公平性的影響 異構網(wǎng)絡下行鏈路功率分配 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目錄 下行功率分配引入Wi Fi下行功率分配系統(tǒng)模型分配算法仿真分析 異構網(wǎng)絡結(jié)合Wi Fi下行功率分配 系統(tǒng)模型 問題形成 證明納什均衡點存且唯一 信道接通概率 MBs FBs 常數(shù) HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目錄 下行功率分配引入Wi Fi下行功率分配系統(tǒng)模型分配算法仿真分析 異構網(wǎng)絡結(jié)合Wi Fi下行功率分配 分配算法 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目錄 下行功率分配引入Wi Fi下行功率分配系統(tǒng)模型分配算法仿真分析 異構網(wǎng)絡結(jié)合Wi Fi下行功率分配 仿真結(jié)果與分析 隨著Wi Fi用戶數(shù)的增加 FBs用戶占用非授權頻段比例逐漸下降碰撞概率越小 FBs用戶占用非授權頻段比例就越小 保證低碰撞率的要求 不同Wi Fi用戶數(shù)目下FBs占用非授權頻段的時間比例 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目錄 下行功率分配引入Wi Fi下行功率分配系統(tǒng)模型分配算法仿真分析 異構網(wǎng)絡結(jié)合Wi Fi下行功率分配 仿真結(jié)果與分析 a 每個用戶吞吐量收斂性 b 每個用戶功率收斂性 收斂性 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目錄 下行功率分配引入Wi Fi下行功率分配系統(tǒng)模型分配算法仿真分析 異構網(wǎng)絡結(jié)合Wi Fi下行功率分配 仿真結(jié)果與分析 a 加入Wi Fi后功率對比 b 加入Wi Fi后吞吐量對比 引入Wi Fi后的功率與吞吐量變化 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目錄 下行功率分配引入Wi Fi下行功率分配系統(tǒng)模型分配算法仿真分析 異構網(wǎng)絡結(jié)合Wi Fi下行功率分配 仿真結(jié)果與分析 a 加入Wi Fi后功率對比 b 加入Wi Fi后公平性指數(shù)對比 引入Wi Fi后不同代價因子下功率與吞吐量變化 目錄 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter Part1 Part2 Part3 Part4 Part5 緒論 異構網(wǎng)絡資源分配相關技術 基于非合作博弈論下行鏈路功率分配研究 基于凸優(yōu)化的下行鏈路資源分配研究 結(jié)論 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目錄 下行功率和頻譜聯(lián)合分配系統(tǒng)模型分配算法仿真分析 基于凸優(yōu)化下行鏈路資源分配研究 系統(tǒng)模型 Part4 以FBs中用戶的下行鏈路的吞吐量為研究目標采用時分方式公用MBs的系統(tǒng)頻譜資源采用LBT機制分享Wi Fi的非授權頻段資源 系統(tǒng)模型 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目錄 下行功率和頻譜聯(lián)合分配系統(tǒng)模型分配算法仿真分析 基于凸優(yōu)化下行鏈路資源分配研究 系統(tǒng)模型 Part4 授權頻段 非授權頻段 問題形成 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目錄 下行功率和頻譜聯(lián)合分配系統(tǒng)模型分配算法仿真分析 基于凸優(yōu)化下行鏈路資源分配研究 系統(tǒng)模型 Part4 FBs用戶傳輸速率要求 授權頻段上的每個子信道占用時間比例限制 FBs基站傳輸功率的限制 FBs用戶在每個信道上對MBs的用戶干擾門限限制 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目錄 下行功率和頻譜聯(lián)合分配系統(tǒng)模型分配算法仿真分析 基于凸優(yōu)化下行鏈路資源分配研究 分配算法 Part4 構造拉格朗日函數(shù) KKT條件 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目錄 下行功率和頻譜聯(lián)合分配系統(tǒng)模型分配算法仿真分析 基于凸優(yōu)化下行鏈路資源分配研究 分配算法 Part4 拉格朗日乘子迭代表達式 KKT條件 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目錄 下行功率和頻譜聯(lián)合分配系統(tǒng)模型分配算法仿真分析 基于凸優(yōu)化下行鏈路資源分配研究 Part4 流程圖 仿真參數(shù) HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目錄 下行功率和頻譜聯(lián)合分配系統(tǒng)模型分配算法仿真分析 基于凸優(yōu)化的下行鏈路資源分配研究 仿真結(jié)果與分析 Part4 信道數(shù)目為10 不同F(xiàn)Bs用戶數(shù)目下的在授權頻段上吞吐量變化情況隨著用戶數(shù)目的不斷增加 每個用戶數(shù)目下的授權頻段吞吐量也是不斷增加 但是增加幅度逐漸減少 不同F(xiàn)Bs用戶數(shù)目下授權頻段總吞吐量的變化 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目錄 下行功率和頻譜聯(lián)合分配系統(tǒng)模型分配算法仿真分析 基于凸優(yōu)化的下行鏈路資源分配研究 仿真結(jié)果與分析 Part4 不同的MBs用戶的干擾門限下 FBs用戶在授權頻段上吞吐量變化情況在MBs用戶的干擾門限從 60dBm到 50dBm變化時 一個FBs中所有用戶在授權頻段上吞吐量在逐漸增長隨著MBs用戶干擾門限的增加 FBs的用戶在共享授權頻段資源時會分配給信道條件好FBs用戶更大的功率 這樣就會增加FBs的總吞吐量 不同干擾門限下授權頻段用戶速率的變化情況 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目錄 下行功率和頻譜聯(lián)合分配系統(tǒng)模型分配算法仿真分析 基于凸優(yōu)化的下行鏈路資源分配研究 仿真結(jié)果與分析 Part4 不同的FBs用戶QoS要求下 FBs用戶占用授權頻段吞吐量變化FBs用戶的QoS從2Mbps到10Mbps時 FBs中用戶在授權頻段上的吞吐量在逐漸下降隨著FBs用戶QoS要求的增加 需要更多的頻譜資源保證QoS 所以之前為信道條件好的用戶分配的資源就會變少 導致FBs用戶在授權頻段上的數(shù)據(jù)傳輸速率下降 不同QoS要求下FBs用戶在授權頻段上的平均吞吐量的變化情況 目錄 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter Part1 Part2 Part3 Part4 Part5 緒論 異構網(wǎng)絡資源分配相關技術 基于非合作博弈論下行鏈路功率分配研究 基于凸優(yōu)化的下行鏈路資源分配研究 結(jié)論 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目錄 結(jié)論 總結(jié)與展望 Part4 結(jié)論 從減輕干擾角度 引入代價函數(shù) 建立非合作博弈模型 最大化FBs用戶的凈效用函數(shù) 證明納什均衡解存在且唯一 算法收斂快 從頻譜資源角度 引入Wi Fi接入點 建立非合作博弈模型 證明納什均衡解存在且唯一 減少了FBs用戶發(fā)射功率 在MBs用戶不增加己發(fā)射功率時可提高MBs用戶的總吞吐量 進一步提高了公平性 從聯(lián)合功率和頻譜分配角度 建立模型 考慮CTI和ITI 最大化FBs用戶下行數(shù)據(jù)傳輸速率 形成凸優(yōu)化問題 從收斂性 FBs用戶數(shù)目 MBs用戶干擾門限及FBs的QoS要求等方面驗證模型的合理性以及算法的可行性 感謝您的批評指正 答辯日期 學號 RESEARCHONRESOURCEALLOCATIONINHETEROGENEOUSNETWORK 答辯人 指導老師 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter