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基于博弈论和凸优化的异构网络资源分配方法研究 答辩日期 学号 RESEARCHONRESOURCEALLOCATIONINHETEROGENEOUSNETWORK 答辩人 指导老师 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目录 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter Part1 Part2 Part3 Part4 Part5 绪论 异构网络资源分配相关技术 基于非合作博弈论下行链路功率分配研究 基于凸优化的下行链路资源分配研究 结论 目录 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter Part1 Part2 Part3 Part4 Part5 绪论 异构网络资源分配相关技术 基于非合作博弈论下行链路功率分配研究 基于凸优化的下行链路资源分配研究 结论 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目录 研究背景及意义国内外研究现状论文结构安排 研究背景及意义 每年的数据量都在翻倍增加业务密集地方覆盖情况不好 宏基站中引入小基站 减轻宏基站的流量负担结合非授权频段 提高非授权频段的利用率 保证用户的通信服务要求 研究背景 研究意义 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目录 研究背景及意义国内外研究现状论文结构安排 异构网络资源分配的国内外研究现状 功率控制 合作信道的子信道部署 功率控制和子信道分配 联合授权频段和非授权频段 代价函数和功率控制 博弈论和凸优化 国内研究现状 2008 2016年中兴 华为 中国移动以及学术机构集中在功率和频谱两方面的优化混合图论和复用频谱的干扰控制案用户类型权重的比例公平调度博弈论 凸优化代价机制LTE和LTE U相结合 国外研究现状 2010年 J G Andrews建立基于泊松随机分布的接入模型2012年 Han Shibjo提出一种新的网络接入方法WangChiCheung同时控制宏基站和小基站的接入方式2014年至今 诺基亚 高通在广泛深入研究LTE U方案 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目录 研究背景及意义国内外研究现状论文结构安排 论文结构 目录 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter Part1 Part2 Part3 Part4 Part5 绪论 异构网络资源分配相关技术 基于非合作博弈论下行链路功率分配研究 基于凸优化的下行链路资源分配研究 结论 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目录 异构网络干扰分析Wi Fi数据包功率控制技术 异构网络 Part2 由计算机 网络设备不同类型的网络组成网络终端设备可以由不同的生产商生产不同的网络和接口遵循不同的协议支持各种各样的应用不同类型的网络覆盖之间可以有重叠部分一般情况下是在宏网络中分布一些传输功率比较小的节点 形成异构网络 异构网络 HeterogeneousNetwork HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目录 异构网络干扰分析Wi Fi数据包功率控制技术 异构网络中的干扰分析 Part2 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目录 异构网络干扰分析Wi Fi数据包功率控制技术 Wi Fi数据包传输概率 Part2 假设有n个站点 每一个站点总是有数据包需要传输 在饱和情况下 数据包发送时都需要等待前一个数据包成功发送 即有一个退避时间 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目录 异构网络干扰分析Wi Fi数据包功率控制技术 资源分配中功率分配技术 Part2 目录 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter Part1 Part2 Part3 Part4 Part5 绪论 异构网络资源分配相关技术 基于非合作博弈论下行链路功率分配研究 基于凸优化的下行链路资源分配研究 结论 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目录 下行功率分配系统模型分配算法仿真结果引入Wi Fi下行功率分配 异构网络下行链路功率分配 系统模型 同时考虑N个同频干扰的基站每个基站内的活跃用户为U同频子信道的相邻基站用户之间存在同频干扰在同一个基站内 多个用户不能共享一个信道 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目录 下行功率分配系统模型分配算法仿真结果引入Wi Fi下行功率分配 异构网络下行链路功率分配 形成优化问题 引入非合作博弈论 净效用函数 效用函数 代价函数 最优解 表示单位功率的价格 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目录 下行功率分配系统模型分配算法仿真结果引入Wi Fi下行功率分配 如果满足以下条件 则非合作博弈存在纳什均衡点1 是欧式空间的非空 闭的 有界凸集 2 在连续 在上拟凹 证 1 2 纳什均衡均衡点存在性证明 异构网络下行链路功率分配 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目录 下行功率分配系统模型分配算法仿真结果引入Wi Fi下行功率分配 纳什均衡均衡点唯一性证明 异构网络下行链路功率分配 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目录 下行功率分配系统模型分配算法仿真结果引入Wi Fi下行功率分配 因为标准方程收敛到唯一点 所以纳什函数的唯一性需要证明为标准函数 即满足正性 单调性和可量测性 证 2 单调性 单调递减 3 可测量性 1 正性 可测量性 纳什均衡均衡点唯一性证明 异构网络下行链路功率分配 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目录 下行功率分配系统模型分配算法仿真结果引入Wi Fi下行功率分配 流程图 仿真参数 异构网络下行链路功率分配 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目录 下行功率分配系统模型分配算法仿真结果引入Wi Fi下行功率分配 b 每个用户吞吐量收敛性 a 每个用户功率收敛性 收敛性分析 异构网络下行链路功率分配 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目录 下行功率分配系统模型分配算法仿真结果引入Wi Fi下行功率分配 随着代价因子的不断增加 系统的平均功率在不断的减少每个用户在提高自己的吞吐量的同时增加对其他同频使用者的干扰 这时该用户受干扰时 就会增加发射功率 从而增加自己的吞吐量 进入一个恶性循环状态当引入代价函数后 用户的对自己的高发射功率需要付出一定的代价 所以随着代价因子的增加 用户的发射功率也会逐渐的减少 不同代价因子对系统平均功率的影响 异构网络下行链路功率分配 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目录 下行功率分配系统模型分配算法仿真结果引入Wi Fi下行功率分配 随着代价因子的增加 系统的总吞吐量也在增加 但是当代价因子到达一定的值时 系统的总吞吐量不再增加 达到一个平衡状态可以选择最佳的代价因子 降低发射功率的同时也可以保证系统的吞吐量 不同代价因子对系统吞吐量的影响 异构网络下行链路功率分配 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目录 下行功率分配系统模型分配算法仿真结果引入Wi Fi下行功率分配 随着代价因子的增加 系统公平性指数在不断的下降不同信道条件的下的用户 在提高自己发射功率的同时均要付出相同的代价 对于信道条件不理想的用户就会出现不公平 不同代价因子对公平性的影响 异构网络下行链路功率分配 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目录 下行功率分配引入Wi Fi下行功率分配系统模型分配算法仿真分析 异构网络结合Wi Fi下行功率分配 系统模型 问题形成 证明纳什均衡点存且唯一 信道接通概率 MBs FBs 常数 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目录 下行功率分配引入Wi Fi下行功率分配系统模型分配算法仿真分析 异构网络结合Wi Fi下行功率分配 分配算法 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目录 下行功率分配引入Wi Fi下行功率分配系统模型分配算法仿真分析 异构网络结合Wi Fi下行功率分配 仿真结果与分析 随着Wi Fi用户数的增加 FBs用户占用非授权频段比例逐渐下降碰撞概率越小 FBs用户占用非授权频段比例就越小 保证低碰撞率的要求 不同Wi Fi用户数目下FBs占用非授权频段的时间比例 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目录 下行功率分配引入Wi Fi下行功率分配系统模型分配算法仿真分析 异构网络结合Wi Fi下行功率分配 仿真结果与分析 a 每个用户吞吐量收敛性 b 每个用户功率收敛性 收敛性 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目录 下行功率分配引入Wi Fi下行功率分配系统模型分配算法仿真分析 异构网络结合Wi Fi下行功率分配 仿真结果与分析 a 加入Wi Fi后功率对比 b 加入Wi Fi后吞吐量对比 引入Wi Fi后的功率与吞吐量变化 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目录 下行功率分配引入Wi Fi下行功率分配系统模型分配算法仿真分析 异构网络结合Wi Fi下行功率分配 仿真结果与分析 a 加入Wi Fi后功率对比 b 加入Wi Fi后公平性指数对比 引入Wi Fi后不同代价因子下功率与吞吐量变化 目录 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter Part1 Part2 Part3 Part4 Part5 绪论 异构网络资源分配相关技术 基于非合作博弈论下行链路功率分配研究 基于凸优化的下行链路资源分配研究 结论 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目录 下行功率和频谱联合分配系统模型分配算法仿真分析 基于凸优化下行链路资源分配研究 系统模型 Part4 以FBs中用户的下行链路的吞吐量为研究目标采用时分方式公用MBs的系统频谱资源采用LBT机制分享Wi Fi的非授权频段资源 系统模型 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目录 下行功率和频谱联合分配系统模型分配算法仿真分析 基于凸优化下行链路资源分配研究 系统模型 Part4 授权频段 非授权频段 问题形成 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目录 下行功率和频谱联合分配系统模型分配算法仿真分析 基于凸优化下行链路资源分配研究 系统模型 Part4 FBs用户传输速率要求 授权频段上的每个子信道占用时间比例限制 FBs基站传输功率的限制 FBs用户在每个信道上对MBs的用户干扰门限限制 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目录 下行功率和频谱联合分配系统模型分配算法仿真分析 基于凸优化下行链路资源分配研究 分配算法 Part4 构造拉格朗日函数 KKT条件 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目录 下行功率和频谱联合分配系统模型分配算法仿真分析 基于凸优化下行链路资源分配研究 分配算法 Part4 拉格朗日乘子迭代表达式 KKT条件 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目录 下行功率和频谱联合分配系统模型分配算法仿真分析 基于凸优化下行链路资源分配研究 Part4 流程图 仿真参数 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目录 下行功率和频谱联合分配系统模型分配算法仿真分析 基于凸优化的下行链路资源分配研究 仿真结果与分析 Part4 信道数目为10 不同FBs用户数目下的在授权频段上吞吐量变化情况随着用户数目的不断增加 每个用户数目下的授权频段吞吐量也是不断增加 但是增加幅度逐渐减少 不同FBs用户数目下授权频段总吞吐量的变化 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目录 下行功率和频谱联合分配系统模型分配算法仿真分析 基于凸优化的下行链路资源分配研究 仿真结果与分析 Part4 不同的MBs用户的干扰门限下 FBs用户在授权频段上吞吐量变化情况在MBs用户的干扰门限从 60dBm到 50dBm变化时 一个FBs中所有用户在授权频段上吞吐量在逐渐增长随着MBs用户干扰门限的增加 FBs的用户在共享授权频段资源时会分配给信道条件好FBs用户更大的功率 这样就会增加FBs的总吞吐量 不同干扰门限下授权频段用户速率的变化情况 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目录 下行功率和频谱联合分配系统模型分配算法仿真分析 基于凸优化的下行链路资源分配研究 仿真结果与分析 Part4 不同的FBs用户QoS要求下 FBs用户占用授权频段吞吐量变化FBs用户的QoS从2Mbps到10Mbps时 FBs中用户在授权频段上的吞吐量在逐渐下降随着FBs用户QoS要求的增加 需要更多的频谱资源保证QoS 所以之前为信道条件好的用户分配的资源就会变少 导致FBs用户在授权频段上的数据传输速率下降 不同QoS要求下FBs用户在授权频段上的平均吞吐量的变化情况 目录 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter Part1 Part2 Part3 Part4 Part5 绪论 异构网络资源分配相关技术 基于非合作博弈论下行链路功率分配研究 基于凸优化的下行链路资源分配研究 结论 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter 目录 结论 总结与展望 Part4 结论 从减轻干扰角度 引入代价函数 建立非合作博弈模型 最大化FBs用户的净效用函数 证明纳什均衡解存在且唯一 算法收敛快 从频谱资源角度 引入Wi Fi接入点 建立非合作博弈模型 证明纳什均衡解存在且唯一 减少了FBs用户发射功率 在MBs用户不增加己发射功率时可提高MBs用户的总吞吐量 进一步提高了公平性 从联合功率和频谱分配角度 建立模型 考虑CTI和ITI 最大化FBs用户下行数据传输速率 形成凸优化问题 从收敛性 FBs用户数目 MBs用户干扰门限及FBs的QoS要求等方面验证模型的合理性以及算法的可行性 感谢您的批评指正 答辩日期 学号 RESEARCHONRESOURCEALLOCATIONINHETEROGENEOUSNETWORK 答辩人 指导老师 HarbinInstituteofTechnology CommunicationResearchCenter