異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)資源分布式博弈分配技術(shù)研究.pdf

1、為了支持未來爆炸性增長的移動用戶數(shù)目并滿足不斷提升的高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求，新一代無線網(wǎng)絡(luò)將呈現(xiàn)高密度布設(shè)的小基站(家庭基站/微微小區(qū)/中繼節(jié)點)＋微小區(qū)＋宏小區(qū)的異構(gòu)多層蜂窩網(wǎng)絡(luò)形態(tài)。在異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)(HCN，Heterogeneous Cellular Network)中，同層小區(qū)以及不同層小區(qū)之間干擾的存在制約了網(wǎng)絡(luò)性能的進一步提升。因此，如何設(shè)計高效的資源分配機制來有效克服干擾的影響成為異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的一個重要研究方向。
　　目前

2、，為了以低開銷獲得優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)性能，自配置、自管理的分布式資源分配方式已成為異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵技術(shù)。而作為一門分析與處理智能的理性決策者之間沖突與合作行為的學科，博弈理論被認為是用于研究分布式資源分配問題的有效工具?；谝陨显颍疚膶@如何提升網(wǎng)絡(luò)中的整體容量、用戶的滿意度以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰啃蔬@三個關(guān)鍵性能指標為切入點，使用博弈理論研究異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中分布式資源分配機制的設(shè)計問題。主要內(nèi)容如下:
　　1、提出了一種完全分布式的

3、子信道分配策略，并證明了其在提升網(wǎng)絡(luò)整體容量方面的有效性。在正交信道布設(shè)的異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中(規(guī)避了宏蜂窩與毫微微蜂窩Femtocell之間的層間干擾)，如何利用子信道分配技術(shù)有效緩解Femtocell間的相互干擾，是提升網(wǎng)絡(luò)整體容量的核心問題。本文第二章將該問題建模為一個非合作速率最大化博弈模型，并設(shè)計了一種完全分布式的子信道分配算法。由于執(zhí)行該算法時無需在不同F(xiàn)emtocell之間引入信令交互，因此其更加適用于具有隨機布設(shè)特性以及回程鏈

4、路容量有限的Femtocell網(wǎng)絡(luò)。隨后，在給定條件下證明了所提出算法可以漸進收斂到所研究問題的一個帕累托有效解。更為重要的是該算法無需對所構(gòu)造博弈模型中納什均衡(NE，Nash Equilibrium)的存在性提出嚴格要求，因此在普適條件下依然具有良好性能。
　　2、提出了一種聯(lián)合子信道分配與功率控制的分布式傳輸控制機制，并證明了其在提升用戶整體滿意度方面的有效性。對于使用正交信道布設(shè)機制的異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)，在隨機布設(shè)的Femtoc

5、ell中滿足用戶業(yè)務(wù)需求、提升其數(shù)據(jù)傳輸速率的同時，如何設(shè)計合理的資源分配機制進一步提升系統(tǒng)整體性能，是一個具有挑戰(zhàn)性的問題。本文的第三章針對該系統(tǒng)研究了分布式子信道選擇以及功率控制問題，首先基于Femtocell網(wǎng)絡(luò)中用戶速率需求可能無法同時滿足這一事實，利用S函數(shù)刻畫了用戶的滿意度(效用)并將該問題建模為一個非合作的傳輸控制博弈模型。其次，提出了一種基于效用的全分布式傳輸控制算法。最后，通過理論分析證明該算法在給定條件下可以漸進收斂

6、到所研究問題的一個全局有效解，并且無需要求此解為所構(gòu)造博弈模型的一個NE。所設(shè)計算法具有更快的收斂速度并能夠有效提升網(wǎng)絡(luò)中的用戶滿意度及傳輸容量。
　　3、提出了一種分布式子信道與功率資源的聯(lián)合分配策略，并證明了其在提升數(shù)據(jù)傳輸能量效率方面的有效性。對于同信道布設(shè)的異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)，在保障宏蜂窩用戶QoS的條件下，如何設(shè)計有效的資源分配機制緩解層間干擾、提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰啃剩蔀榫G色通信研究中的一個關(guān)鍵問題。本文的第四章針對上述場景

7、將子信道與功率資源的聯(lián)合分配問題建模為一個具有耦合約束的混合整數(shù)多目標非凸優(yōu)化問題。為求解該問題，首先通過連續(xù)化松弛整數(shù)變量構(gòu)造了一個具有帶寬定價的非合作博弈模型，設(shè)計了一個分布式算法以獲取該模型中具備帕累托有效性的NE。隨后，針對原問題，兼顧公平性以及有效性、提出了相應(yīng)的分布式資源分算法。所提出算法將子信道與功率資源的聯(lián)合分配問題轉(zhuǎn)化為一維的定價因子搜索問題，降低了問題求解的復(fù)雜度。此外，分析表明具有不同優(yōu)先級的小蜂窩用戶可以通過調(diào)整