【摘 要】
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移动通信技术的迅猛发展促使通信需求的急剧增长,带来了对通信的数据速率和时间延迟的更高要求。与此同时,通信设备能耗的急剧增加也带来了绿色通信的迫切需求。为了支持日益繁荣的移动通信应用和实现无线通信系统的可持续发展,设计有效的低时延与低能耗的传输方案成为产业界和学术界的热点研究问题。本文分别从低时延与低能耗的角度,针对异构无线网中的常见场景,研究了采用全双工中继的低时延的云无线接入网（Cloud Ra
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移动通信技术的迅猛发展促使通信需求的急剧增长,带来了对通信的数据速率和时间延迟的更高要求。与此同时,通信设备能耗的急剧增加也带来了绿色通信的迫切需求。为了支持日益繁荣的移动通信应用和实现无线通信系统的可持续发展,设计有效的低时延与低能耗的传输方案成为产业界和学术界的热点研究问题。本文分别从低时延与低能耗的角度,针对异构无线网中的常见场景,研究了采用全双工中继的低时延的云无线接入网（Cloud Radio Access Network,CRAN）协作传输方案设计和低能耗的反向散射通信协助的D2D（device to device）传输方案设计。具体研究内容和创新点包括:（1）为了进一步降低下行CRAN的内容分发时延,提出了一种采用全双工放大转发中继的协作传输方案。通过在RRH（Remote Radio Head）节点处部署全双工能力并使其工作在放大转发模式,来减少传输时延与信息处理时延。进而通过联合优化各节点的发射和接收波束赋形向量实现最小化最大传输时延的目标,对该问题进行了数学建模,并提出了一个由两步组成的优化算法来解决该问题。首先,通过奇异值分解和迫零波束赋形得到自干扰和RRH间干扰的正交空间,并将RRH的接收波束赋形向量设计成该正交空间内向量的线性组合,从而消除了自干扰和RRH间干扰。然后,提出了一个基于连续凸近似的交替迭代优化算法来交替优化发送和接收波束赋形向量。最后,通过仿真实验验证了所提的方案和算法的有效性。实验结果表明,所提方案可以有效的降低下行CRAN的传输时延。（2）为了实现D2D网络中的低能耗通信,提出了一种结合反向散射通信和无线携能通信的两阶段D2D传输方案。第一阶段,D2D发射机将想要发射的信息调制到基站所发射的射频信号上反向散射给接收机,同时,发射机还需要从射频信号吸收能量进行存储。第二阶段,D2D发射机可以利用存储的能量进行主动的射频通信,进一步提升通信吞吐量。进而建立了以最大化系统吞吐量为目标,联合优化D2D功率分配、反向散射系数、时间分配系数、能量分配系数的数学问题,为了解决该问题,分别提出了一种集中式资源分配方案和一种低交互的分布式的资源分配方案。首先,集中式的资源管理方案主要是基于块梯度下降法算法对优化变量进行划分,并转化为凸优化问题,然后交替迭代优化。其次,分布式的资源管理方案主要是基于交替方向乘子法算法将原优化问题划分成多个子问题进行分布式求解。仿真结果表明本文所提的两阶段传输方案可以使D2D用户在能耗较低的情况下实现通信,且吞吐量高于已有的研究方案。
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