17341

17341

تخصيص منابع و كنترل تداخل در شبكه هاي دسترسي راديويي ابري

كارشناسي ارشد

مخابرات - سيستم

اسفند 1395

دكتر بهمن ابوالحسني

برق

در اين پايان نامه، به مسئله مديريت منابع و ايستگاه¬هاي پايه در ارتباط فروسو شبكه¬هاي دسترسي راديويي ابري ( C-RAN ) پرداخته شده است. در شبكه نسل پنجم ( 5G )، از ايستگاه¬هاي پايه چند لايه با توان¬هاي ارسالي متفاوت براي گسترش پوشش¬دهي و بهبود ظرفيت شبكه استفاده خواهد شد. در بين فناوري¬هاي موجود براي تحقق شبكه نسل پنجم، C-RAN به دليل پردازش متمركز و تخصيص توام منابع، موجب كاهش بيشتري در هزينه¬ها و مصرف انرژي مي¬شود. از اين رو C-RAN بيشتر مورد توجه محققين و صنعت مخابرات قرار گرفته است. در معماري C-RAN ايستگاه¬هاي پايه از طريق ارتباط پشتيبان ( Backhaul ) با ظرفيت محدود به مخزن واحدهاي باندپايه متصل مي¬شوند. همچنين كاربران به زير مجموعه¬اي از ايستگاه¬هاي پايه كه اصطلاحا به آن خوشه گفته مي¬شود، متصل مي¬شوند. مخزن واحدهاي باندپايه، داده¬هاي كاربران را به خوشه¬ي مرتبط به هر كاربر ارسال مي¬كند و سپس ايستگاه¬هاي پايه در هر خوشه از طريق شكل¬دهي پرتو هماهنگ به كاربران سرويس مي¬دهند. هدف اصلي اين پايان نامه، بررسي مسئله تخصيص منابع با در نظر گرفتن محدوديت¬هاي موجود در منابع راديويي در اين شبكه¬ها مي¬باشد. به همين منظور الگوريتم¬هاي كارآمد براي حل مسئله بهينه¬سازي توام تحت معيارهاي زير ارائه شده است: 1) كمينه¬سازي مجموع توان مصرفي شبكه، 2) بيشينه¬سازي سود (نرخ) سيستم. در معيار اول، به مسئله بهينه¬سازي مجموع توان مصرفي سيستم با در نظر گرفتن قيدهاي نرخ آستانه كاربران و بودجه توان ايستگاه¬هاي پايه پرداخته خواهد شد. مجموع توان مصرفي سيستم، شامل توان ارسالي ايستگاه¬هاي پايه، توان فعال¬سازي ايستگاه¬هاي پايه و توان وابسته به بار ترافيك ارتباط پشتيبان مي¬باشد. در تابع هدف اين مسئله، عبارت ناپيوسته و نامحدب تابع شاخص وجود دارد. براي حل اين مشكل از توابع هموار، لگاريتم و نمايي براي تقريب تابع شاخص استفاده مي¬شود. سپس حل اين مسئله بهينه¬سازي با تبديل به فرم مسئله برنامه¬ريزي نيمه معين ( Semi Definite Programming ) انجام مي-گردد. در معيار دوم، به مسئله بيشينه¬سازي مجموع نرخ وزن¬دهي شده كاربران با در نظر گرفتن قيدهاي بودجه توان ايستگاه¬هاي پايه، ظرفيت محدود ارتباط پشتيبان و كنترل تداخل پرداخته خواهد شد. به طور كلي مسئله بيشينه¬سازي نرخ، NP-hard مي¬باشد. به همين منظور از هم¬ارزي بين مسئله بيشينه¬سازي نرخ و كمينه¬سازي متوسط مجذور خطاي وزن¬دهي شده، براي حل اين مسئله استفاده مي¬گردد. واژه‌هاي كليدي: شبكه دسترسي راديويي ابري، كمينه¬سازي توان، بيشينه¬سازي مجموع نرخ كاربران، كمينه¬سازي متوسط مجذور خطا.

1396/03/08

1/1/1900 12:00:00 AM

In this thesis, resource management problem for the downlink of a cloud radio access network (C-RAN) is studied. Multi-tier base stations (BSs) with different transmit powers are employed to expand coverage and to improve network capacity of fifth-generation networks (5G). Among available technologies to realize the 5G, C-RAN is more economical and energy efficient, due to both centralized processing and joint resource allocation. Therefore, C-RAN is more promising for accademic and industry communities. Each of the BSs in a C-RAN is connected to the base band units pool (BBU Pool) via capacity-limited backhaul links and each user is connected to a subset of BSs that is called a cluster. The BBU Pool transmits each user’s data to a cluster of BSs through the backhaul links; the BSs in each cluster then cooperatively serve users through joint beamforming. The main objective of this thesis is resource allocation in the C-RAN with taking into account the limitations on the radio resources. Therefore, efficient algorithms are presented to solve the joint optimization problem under the two following design criteria: 1) minimization of total power consumption at the network, and 2) maximization of the system utility (data rate). In the first criterion, the optimization problem of total system power consumption is discussed with considering target rate for each user and power budget of BSs. The total power consumed by network includes the BS transmission power, BS activation power and load-dependent backhaul power. In the objective function of problem, there are a discontinuous and non-convex indicator function. To tackle the problem, we utilize a logarithmic and exponential smooth function. Then problem is solved using transformation into a convex Semi-Definite Programming (SDP). In the second criterion, the weighted sum rate (WSR) maximization problem is discussed for a given power budget for the BSs, backhaul capacity and interference control constraints. In general, sum rate maximization problem is NP-hard. To overcome this, the equivalence between weighted sum rate maximization and weighted minimum mean squared error (WMMSE) is utilized. Keywords: Cloud radio access network, power minimization, sum rate maximization, weighted minimum mean squared error.