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多用户系统的容量及功率控制研究

作　者: 黄秋萍
导　师: 杨鸿文
学　校: 北京邮电大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 无线通信 多用户系统 系统容量 量化反馈 功率控制
分类号: TN929.5
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


无线网络无论怎样发展,都不可能超越理论上的极限——网络在信息论意义下的容量。研究无线网络的容量问题可以使我们了解技术发展的潜力,发现容量的数学特性能启发我们找出趋近容量的必要条件和充分条件,为实际技术的设计指出探索的方向。虽然香农公式早已给出了点到点通信的容量公式,但扩展到多用户系统时还需要考虑许多新的问题,包括多用户调度及功率控制、用户间干扰、信道边信息反馈设计等等。同时,关于容量的度量也从单一的标量扩展出了容量域、和容量这样一些新的概念。本文主要研究多用户系统的和容量及功率控制问题,包括蜂窝系统的下行和上行两种场景。主要工作如下：(一)对于单小区下行多用户场景,研究了量化信道信息条件下的系统和容量问题。论文首先对单小区多用户系统的下行进行建模,然后结合Max C/I调度策略研究了量化信道信息条件下的系统和容量,针对有无功率控制、是否给定量化边界等情形对最优解进行了理论推导,给出了最优的功率、速率及量化边界的联合设计方案。(二)针对单小区上行多用户场景,研究了能使系统和速率最大的功率控制问题。首先研究了可以达到系统容量的最优的功率控制策略,证明了在用户的峰值功率限制下可以达到系统容量的最优的功率控制为二值功控,即所有被调度的用户都以峰值功率发送；根据这性质,论文进一步推导出了最优的功率控制向量的形式及最优的功率控制为时分控制的充分条件；在此基础上,论文给出了最优的功率控制的求解算法,并提出了一个低复杂度的次优算法。(三)针对单小区上行多用户场景,分别研究了服务质量约束条件和用户差异化约束条件下的系统和容量及最优的功率分配问题,推导了功率分配最优解的数学性质,然后根据这些数学性质分别给出了服务质量约束条件以及用户差异化情景下的最优功率分配。(四)研究了多小区多用户场景下的系统容量及功率控制问题。首先讨论了使多小区多用户系统上行和速率最大的最优的功率控制,基于最优解的数学性质,给出了次优的功率控制及和容量的求解算法,然后对多小区多用户系统的下行容量进行了建模和分析。论文在上行的研究模型包含了采用了连续干扰删除技术的场景,针对在多小区上行系统中二值功率控制可以用来近似最优的功率控制的场景,论文提出了一些次优功率控制算法以及考虑了用户公平性的算法。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第一章 绪论  11-29
  1.1 移动通信技术的演进  11
  1.2 信道容量  11-16
    1.2.1 AWGN信道的容量  12-13
    1.2.2 平坦衰落信道的容量  13-16
  1.3 多用户系统  16-23
    1.3.1 调度  16-17
    1.3.2 信道边信息  17-21
    1.3.3 多用户间干扰  21-22
    1.3.4 容量域及和容量  22-23
  1.4 论文的主要工作及结构安排  23-25
  参考文献  25-29
第二章 单小区多用户系统的下行容量  29-47
  2.1 发端已知理想的信道边信息时的系统容量  29-33
    2.1.1 系统模型  29-30
    2.1.2 不考虑功率控制时的系统容量  30
    2.1.3 考虑功率控制时的系统容量  30-33
  2.2 量化CSI下的单小区多用户系统下行容量  33-43
    2.2.1 系统模型  33-35
    2.2.2 无功率控制时的单小区系统容量  35-37
    2.2.3 有功率控制时的单小区系统容量  37-40
    2.2.4 给定{q_j}时的系统容量  40-43
  2.3 本章小结  43-44
  参考文献  44-47
第三章 单小区多用户系统的上行容量  47-75
  3.1 单小区多用户系统的上行容量  47-55
    3.1.1 系统模型  47-48
    3.1.2 最优功率控制  48-53
    3.1.3 仿真结果  53-55
  3.2 最小SINR限制下单小区多用户系统的上行容量  55-64
    3.2.1 问题描述  56
    3.2.2 最优功率控制的性质  56-60
    3.2.3 功率分配算法  60-61
    3.2.4 仿真结果  61-64
  3.3 单小区多用户系统的上行加权容量  64-71
    3.3.1 系统模型  64-65
    3.3.2 最优功率控制的性质  65-67
    3.3.3 仿真结果  67-71
  3.4 本章小结  71-72
  参考文献  72-75
第四章 多小区多用户系统的容量  75-105
  4.1 多小区多用户系统的上行容量  75-82
  4.2 SIC技术下多小区多用户系统的上行容量  82-100
    4.2.1 问题描述  83-84
    4.2.2 最优的功率控制  84-89
    4.2.3 功率控制算法  89-100
  4.3 多小区多用户系统的下行容量  100-101
  4.4 本章小结  101-102
  参考文献  102-105
第五章 结束语  105-109
  5.1 本文主要工作  105-106
  5.2 未来工作展望  106-109
附录1 缩写词表  109-111
致谢  111-113
攻读博士期间发表的论文  113

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 移动通信
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