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电子与信息学报 2023年第2期45卷 436-445页

作者：梁承超段瑞吉麻世庆唐伦陈前斌重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065

该文针对低轨(LEO)卫星载荷容量受限且功率资源稀缺的问题,面向搭载跳波束(BH)天线的低轨卫星通信系统,提出一种联合跳波束调度和功率分配机制,在满足用户服务质量需求的前提下降低卫星通信载荷功耗,提高卫星通信系统能效。首先建立时... 详细信息

该文针对低轨(LEO)卫星载荷容量受限且功率资源稀缺的问题,面向搭载跳波束(BH)天线的低轨卫星通信系统,提出一种联合跳波束调度和功率分配机制,在满足用户服务质量需求的前提下降低卫星通信载荷功耗,提高卫星通信系统能效。首先建立时延受限下联合考虑波束调度和功率分配的卫星功耗最小化模型。针对网络拓扑的时变特性,基于李雅普诺夫优化方法,将原多时隙优化问题转化为单时隙优化问题,然后采用交替优化的方法获得单时隙问题的次优解。其中,证明波束调度子问题是凸问题,同时通过逐次凸近似和对数变换将功率分配子问题转为凸问题,并提出相应算法获得子问题最优解。仿真结果表明,提出的策略在保证用户平均时延要求的同时,降低了低轨卫星系统平均功耗,并且可通过调整控制参数实现时延和功耗的动态平衡。

关键词：低轨卫星能效跳波束功率分配李雅普诺夫优化方法

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一种基于接入与回传一体化小基站的用户满意度最大化算法

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电子与信息学报 2018年第9期40卷 2088-2095页

作者：唐伦刘云龙赵旭马润琳陈前斌重庆邮电大学移动通信技术重点实验室重庆400065

针对接入与回传一体化小基站场景下用户个性化视频流业务需求问题,该文提出一种基于接入与回传一体化小基站的用户满意度最大化算法。该算法首先根据系统实际可达速率和用户满意度需求速率间的不匹配程度,动态调整下一周期队列传输所需... 详细信息

针对接入与回传一体化小基站场景下用户个性化视频流业务需求问题,该文提出一种基于接入与回传一体化小基站的用户满意度最大化算法。该算法首先根据系统实际可达速率和用户满意度需求速率间的不匹配程度,动态调整下一周期队列传输所需频谱资源,并建立用户质量满意度最大化模型,其次运用Lyapunov优化方法把初始问题转化为Lyapunov偏移加罚项的优化,将溢出概率约束转化为关于自变量的不等式,最后基于拉格朗日对偶分解的用户接入带宽分配算法和基于内点法的回传和接入带宽分配算法进行求解。仿真结果表明,该算法提高了系统用户质量满意度,同时保证了系统稳定性。

关键词：接入与回传一体化小基站视频流业务用户质量满意度李雅普诺夫优化方法

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基于射频供能的智能反射面辅助无线中继系统优化研究

基于射频供能的智能反射面辅助无线中继系统优化研究

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作者：李志明广州大学

学位级别：硕士

随着新一代无线通信系统工作频段的提高(例如6G系统将工作在太赫兹频段),如何低成本地实现无盲点和大范围的覆盖是无线通信网络亟待解决的一个关键难题。无线中继可以低成本地扩展无线通信系统覆盖范围。另一方面,智能反射面(Intelligen... 详细信息

随着新一代无线通信系统工作频段的提高(例如6G系统将工作在太赫兹频段),如何低成本地实现无盲点和大范围的覆盖是无线通信网络亟待解决的一个关键难题。无线中继可以低成本地扩展无线通信系统覆盖范围。另一方面,智能反射面(Intelligent Reflecting Surface,IRS)调整无源元件反射信号的相移,提高无线接收机接收信号功率,从而可有效地提高无线通信的频谱效率。射频能量收集作为一种新的供电技术,可解决无线节点能量受限问题,在无线中继和IRS中应用,则可使得无线中继和IRS的部署更为灵活方便。本文围绕基于射频供能的智能反射面辅助无线中继系统,对相应的系统设计和优化方案展开研究,为实现新一代无线通信系统的大范围无缝覆盖提供参考方案。第一,考虑无线中继和IRS可充电电池能量缓冲的稳定性,对基于射频供能的智能反射面辅助无线中继系统展开研究。首先,为增加无线中继和IRS的射频能量收集能力和提高其能量使用效率,提出了一种新的协议,在该协议下,中继和IRS可以根据可充电电池能量状态和系统信道链路状态自适应地在两种工作模式之间选择一种模式工作,从而可更灵活地在能量收集与辅助信息传输之间进行切换。然后,基于提出的新协议,考虑中继和IRS能量队列的稳定性约束,建立了相应的系统优化问题,旨在联合优化中继的发射信号功率、智能反射面相移和时间分配,最大化系统的吞吐量。由于建立的优化问题是随机规划问题,难以直接求解,因此基于李雅普诺夫优化理论,把该问题转换为确定性优化问题,并利用凸优化方法对转换后的确定性优化问题进行求解,从而提出了相应的系统优化算法,提升系统的吞吐量性能。第二,为评估基于李雅普诺夫优化得到的系统优化算法得到的系统吞吐量性能,进一步基于动态规划方法对基于射频供能的IRS辅助无线中继系统进行了研究。为此,首先假设多个时间帧的非因果IRS和中继能量状态信息和系统信道链路状态信息可以预先获知,并为系统设计IRS和中继可选择更多工作模式的新协议。然后,基于非因果状态信息假设和设计的新协议,建立了相应的系统优化问题。该优化问题虽然是确定性优化问题,但各个时间帧的资源分配互相耦合,难以直接求解。为此,基于动态规划理论,对该问题分解为单个时间帧的优化问题进行求解,并基于凸优化理论,得到了相应优化问题的最优解,从而提出了相应的系统优化算法,并且由此获得了系统吞吐量性能的上界。最后,通过计算机仿真,验证了提出的系统优化算法性能。仿真结果表明,与仅使用无线中继或IRS辅助的协作通信方案相比,本文提出的IRS辅助无线中继协作传输方案可显著地提升系统的吞吐量。而且,与仅有一个工作模式的基准方案相比,本文提出的多模式工作协议可明显改善系统的吞吐量性能。此外,仿真结果还表明,本文基于李雅普诺夫优化的优化算法获得的系统吞吐量性能接近于基于动态规划的优化算法得到的吞吐量性能上界。

关键词：智能反射面射频供能李雅普诺夫优化方法动态规划方法吞吐量最大化

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车联网场景中时延受限内容传输方案

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北京邮电大学学报 2017年第3期40卷 85-90页

作者：侯蓉晖郭素霞西安电子科技大学通信工程学院西安710071

在路侧基础设施密集部署的车联网场景中,针对车载终端时延受限内容的下载需求,提出了一种调度算法.该算法基于李雅普诺夫优化方法,利用分组的等待时延建立李雅普诺夫方程,通过传输和丢包决策可以保证用户的时延需求,并保证系统稳定.仿... 详细信息

在路侧基础设施密集部署的车联网场景中,针对车载终端时延受限内容的下载需求,提出了一种调度算法.该算法基于李雅普诺夫优化方法,利用分组的等待时延建立李雅普诺夫方程,通过传输和丢包决策可以保证用户的时延需求,并保证系统稳定.仿真结果表明,相比于最早过期优先算法,提出的方法在满足用户时延需求的同时,进一步提升了系统的吞吐量.

关键词：时延受限调度车联网李雅普诺夫优化方法

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接入与回传一体化小基站资源分配算法研究

接入与回传一体化小基站资源分配算法研究

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作者：刘云龙重庆邮电大学

学位级别：硕士

在即将到来的5G通信中,随着智能终端的普及和移动宽带业务的丰富,网络流量不断递增。为了满足移动数据业务的快速发展,需要将部署很多低功率无线接入与回传一体化小基站作为实现超密集网络部署的关键技术。如何对无线自回传小基站资源... 详细信息

在即将到来的5G通信中,随着智能终端的普及和移动宽带业务的丰富,网络流量不断递增。为了满足移动数据业务的快速发展,需要将部署很多低功率无线接入与回传一体化小基站作为实现超密集网络部署的关键技术。如何对无线自回传小基站资源进行高效的分配是实现小基站灵活部署首要考虑的因素,也是提高频谱利用率的有效方法。针对上述问题,本文重点研究了5G超密集组网下基于无线自回传小基站的动态资源分配问题,主要研究内容和创新工作总结如下:1.针对视频流业务下无线自回传小基站的场景,为了最大化用户质量满意度,提出了一种无线自回传小基站的动态资源分配算法。该算法首先通过对用户的队列状态信息更新、信道状态信息的观察和溢出概率的计算,动态调整下一周期队列传输所需频谱资源,以期改变系统实际可达速率并建立用户质量满意度最大化模型,其次运用Lyapunov随机优化方法把初始问题转化为Lyapunov偏移加惩罚项的优化,将溢出概率约束转化为关于自变量的不等式,最后运用层次分解法将目标问题分解为用户回传带宽分配子问题和用户接入带宽分配子问题、回传和接入带宽分配子问题分别通过拉格朗日对偶分解法和内点法求解,并得到基站和用户关联机制。仿真结果表明,该算法能在保证系统稳定性的同时提高系统用户质量满意度。2.针对全双工无线接入与回传一体化小基站场景下相对长期的频谱效率和能效同时最大化问题,提出了一种基于近似动态规划理论的小基站接入控制与资源分配联合优化算法。该算法首先联合考虑当前基站的资源使用和功率配置,在任一用户需求动态到达以及平均时延、小基站回传速率和传输功率约束下,使用马尔科夫决策过程（Markov decision process,MDP）建立频谱效率最大化和功率消耗最小化的多目标优化模型,其次运用切比雪夫理论将原问题转化为单目标问题,并使用拉格朗日对偶分解法进一步转化为非受限的MDP问题,最后通过所提算法进行求解,得到此时最优的接入与资源分配策略。仿真结果表明,该算法能在保证平均时延约束、小基站回传速率约束和传输功率约束的同时最大化长期平均频谱效率和能效。

关键词：无线自回传用户质量满意度李雅普诺夫优化方法切比雪夫理论近似动态规划方法

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密集部署场景下车载终端的内容传输算法研究

密集部署场景下车载终端的内容传输算法研究

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作者：郭素霞西安电子科技大学

学位级别：硕士

车联网技术的出现可以为车载终端提供很多便利,因而受到广泛的关注。车联网提供的应用主要包括安全辅助驾驶和数据内容共享两方面。近年来,人们对于数据业务的需求不断增加,因此,内容传输是车联网场景中非常重要的应用之一,例如,网页浏... 详细信息

车联网技术的出现可以为车载终端提供很多便利,因而受到广泛的关注。车联网提供的应用主要包括安全辅助驾驶和数据内容共享两方面。近年来,人们对于数据业务的需求不断增加,因此,内容传输是车联网场景中非常重要的应用之一,例如,网页浏览,视频音频等内容下载。与传统的无线网络不同的是车载终端的移动速度非常快,信道条件较差,通常数据传输速率不能满足下载需求。密集部署路侧基础设施可以减小车辆和接入点之间的距离,从而可以提升数据传输速率。然而,在密集部署路侧基础设施场景中,路侧基础设施的覆盖范围可能会重叠,车载终端会受到相邻路侧基础设施的干扰,因此,传输速率随着车辆的移动不断变化。本文主要研究密集部署路侧基础设施场景中,时延受限的内容传输方案,即车辆请求的内容都有一个有效期,服务器要在有效期内把内容传输给车辆,否则,内容失效,下载失败。考虑到内容的时延受限特性,如果当前车辆的信道条件较差,那么,服务器可以推迟调度该车辆,这样,可以提升系统资源的利用率。另外,如果服务器总是调度那些数据速率高的用户,会引起一些数据包因超时而被丢弃。因此,设计一种高效的车联网场景中时延受限的内容传输方案是非常重要的。首先,本文提出一种基于时间扩展图的调度算法,目标是以最小的系统资源消耗来满足车载终端的内容下载需求。服务器收到下载请求时,根据下载需求和系统当前的状态,建立相应的时间扩展图。利用时间扩展图可以把内容传输问题转化一个最小代价流问题,利用网络流算法可以方便地解决该问题,而且计算复杂度较低。仿真结果表明,相比于现有的最早过期优先算法,本文提出的算法可以提升系统频谱资源的利用率,同时,可以满足用户对时延的需求。另外,针对密集部署场景下车载终端时延受限的内容传输,本文还提出了一种基于李雅普诺夫优化方法的调度算法。该算法基于李雅普诺夫优化方法,利用分组的等待时延建立李雅普诺夫函数,通过传输和丢包决策,可以保证用户的时延需求,并保证系统稳定。仿真结果表明,相比于最早过期优先算法,提出的方法在保证用户的时延需求的同时,可进一步提升系统的吞吐量。

关键词：时延受限调度车联网时间扩展图李雅普诺夫优化方法

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