基于博弈论和凸优化的异构网络资源分配方法研究

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1、硕士学位论文基于博弈论和凸优化的异构网络资源分配方法研究RESEARCHONRESOURCEALLOCATIONINHETEROGENEOUSNETWORKBASEDONGAMETHEORYANDCONVEXOPTIMIZATION刘松林哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：TN925.5学校代码：10213国际图书分类号：654.9密级：公开工学硕士学位论文基于博弈论和凸优化的异构网络资源分配方法研究硕士研究生：刘松林导师：刘春刚副教授申请学位：工学硕士学科：信息与通信工程所在单位：电子与信息工程学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业

2、大学ClassifiedIndex:TN925.5U.D.C:654.9DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringRESEARCHONRESOURCEALLOCATIONINHETEROGENEOUSNETWORKBASEDONGAMETHEORYANDCONVEXOPTIMIZATIONCandidate：LiuSonglinSupervisor：Asso.Prof.LiuChungangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：Infor

3、mationandCommunicationEngineeringAffiliation：SchoolofElectronicsandInformationEngineeringDateofDefence：June,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要异构网络资源分配是伴随无线电通信发展中一项必不可少的需要重点考虑的问题，由于超过50%的语音业务和超过70%的数据业务均在室内进行，所以以小基站为研究对象组成的异构网络模型已经是热门研究方向

4、。然而，有限的频谱资源不能保证所有基站都使用正交频段，所以在异构网络研究中需要重点考虑同层网络之间的干扰（ITI）问题和跨层网络之间的干扰（CTI）问题以及功率控制问题。本文主要以最大化小基站用户的下行链路数据传输速率为目标，同时对用户的发射功率和频谱分配进行优化研究。论文首先介绍了异构网络中宏小区及微小区的基本概念、干扰的分类、Wi-Fi数据包传输机制及重点分析了目前异构网络中资源分配存在的两大问题：一是授权频段资源有限；二是干扰问题严重。针对上述两个问题，文章主要从两方面展开研究，首先针对有限的频谱资源问题，文章在模型建立阶段引入Wi-Fi接入点，小基

5、站用户共享授权段的频谱资源时，还可以采用LBT分享Wi-Fi的非授权段的频谱资源，扩展频谱资源的可使用范围；然后再从功率分配和频谱分配优化方面展开研究，最大化小基站用户的数据传输速率。论文首先假设频谱分配已经完成的情况下，建立非合作博弈模型，引入代价函数，以基站用户的发射功率为博弈对象的行为，最大化基站的总吞吐量为博弈目标，证明该非合作博弈模型的纳什均衡解存在且唯一。仿真结果表明，算法在5至10次迭代后收敛，引入Wi-Fi后小基站用户不仅功率等效下降，降低了对宏基站的干扰，还提高了公平性。然后，将上述模型以及优化问题进行扩展，以最大化小基站用户的下行数据传

6、输速率为目标，考虑ITI和CTI，同时采用凸优化理论优化用户的发射功率和频谱分配，从迭代收敛性、小基站用户数目、小基站的QoS速率要求以及宏基站用户的干扰门限等方面进行仿真，验证文章提出的新模型具有实际的应用价值并且有简单方便的优化算法。关键词：异构网络；LTE-U；博弈论；凸优化；Wi-Fi接入点I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractTheresearchofresourceallocationinHeterogeneousnetworkisanindispensableandimportantproblemalongwiththedevelo

7、pmentofradiocommunication.Becausemorethan50%ofvoiceservicesandmorethan70%ofthedataservicesareconductedinindoor,sotheresearchofresourceallocationinHeterogrnousnetworkmadeupwithsmallbasestationshasalreadybecomeapopularresearchdirection.However,notallbasestationscanuseorthogonalfrequ

8、encyforthelimitedspectrumresource