在當(dāng)前移動(dòng)通信體系的新應(yīng)用科技發(fā)展模式有哪些呢，同時(shí)有關(guān)通信技術(shù)的新創(chuàng)新制度有哪些呢?本文選自：《電力信息與通信技術(shù)》，《電力信息與通信技術(shù)》報(bào)道內(nèi)容涉及信息通信領(lǐng)域最新的熱點(diǎn)話題討論、信息通信技術(shù)在電力系統(tǒng)的研究和應(yīng)用、智能電網(wǎng)相關(guān)技術(shù)、電力系統(tǒng)的安全防護(hù)和安全動(dòng)態(tài)、一線工作人員運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)的探討、電力信息通信領(lǐng)域最新研究動(dòng)態(tài)及企業(yè)解決方案的發(fā)布等。

　　摘要：移動(dòng)通信技術(shù)的迅速發(fā)展有兩個(gè)原因：一是蜂窩網(wǎng)概念的提出，真正解決了公用移動(dòng)通信系統(tǒng)要求容量大與無線頻譜資源有限之間的矛質(zhì)，使得移動(dòng)通信系統(tǒng)真正意義上實(shí)用化、公眾化;二是大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展和微處理器技術(shù)的日趨成熟，為大型通信網(wǎng)的控制和管理提供了技術(shù)手段，也為移動(dòng)通信系統(tǒng)從模擬蜂窩網(wǎng)發(fā)展到數(shù)字蜂窩網(wǎng)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。本章接下來的內(nèi)容主要從下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)的無線資源管理要求出發(fā)，引出了下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)中跨層資源分配的概念;介紹了本論文的主要內(nèi)容及貢獻(xiàn);并對全文的組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行了概述。

　　關(guān)鍵詞：移動(dòng)通信,通信技術(shù),論文發(fā)表

　　1.1課題研究背景

　　移動(dòng)通信技術(shù)的迅猛發(fā)展和移動(dòng)通信用戶需求的不斷發(fā)展，使得越來越多的移動(dòng)系統(tǒng)解決方案不斷涌現(xiàn)。同時(shí)人們對移動(dòng)通信服務(wù)的不斷依賴，也加劇了各個(gè)移動(dòng)運(yùn)營商，設(shè)備商之間的競爭。為了滿足不斷渴望得到新型業(yè)務(wù)的用戶需求，3GPP在2004年年底啟動(dòng)了長期演進(jìn)(LTE)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作，從網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架、系統(tǒng)性能要求、業(yè)務(wù)支持能力.網(wǎng)絡(luò)的部署場景、與現(xiàn)有各個(gè)系統(tǒng)的演進(jìn)和互通關(guān)系等方面對LTE技術(shù)做了詳細(xì)的描述[2]。與之前移動(dòng)通信系統(tǒng)相比，LTE具有如下技術(shù)特點(diǎn)：支持最大帶寬為20MHz，采用了 OFDM技術(shù)，全面提高傳輸速率和頻譜利用率;系統(tǒng)的整體架構(gòu)基于分組交換實(shí)現(xiàn)，同時(shí)通過系統(tǒng)設(shè)計(jì)和嚴(yán)格的QoS機(jī)制，保證實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量系統(tǒng)支持多種帶寬，除了 20MHz的最大帶寬外，還能夠支持1.5MHz、3MHz. 5MHz. lOMHz和15MHz等系統(tǒng)帶寬，以及“成對”與“非成對”的頻譜部署，保證網(wǎng)絡(luò)部署時(shí)的靈活性[5]。

　　從信息論的角度講，通信是指信息的傳遞和交換。如打電話，它是利用電話線路來傳遞和交換消息：人和人之問的談話，是利用聲音來傳遞和交換消息;古時(shí)候用的 “消息樹”、“烽火臺(tái)”和現(xiàn)代仍使用的“信號(hào)燈”等則是利用光的方式傳遞消息。通信的目的是傳遞信息，信息具有不同的形式，例如：語言、文字、數(shù)據(jù)、圖像、符號(hào)等等。隨著社會(huì)的發(fā)展，信息的種類越來越多，人們對傳遞信息的要求和手段也越來越高。在通信的實(shí)現(xiàn)過程中，信息的傳遞是通過信號(hào)來進(jìn)行的，如：紅綠燈信號(hào)、狼煙、電壓、電流信號(hào)等，信號(hào)是信息傳遞的載體。通信技術(shù)的發(fā)展歷史，伴隨著信息傳遞載體的不斷變革，自從馬可尼第一次向世人展示了無線電波通信的神奇，移動(dòng)通信技術(shù)開始了不斷創(chuàng)新的發(fā)展歷程。一直到70年代貝爾實(shí)驗(yàn)室首次提出了先進(jìn)移動(dòng)電話系統(tǒng)(AMPS),建成了蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)，大大提高了系統(tǒng)容量，移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展走進(jìn)了日新月異的時(shí)代。

　　LTE相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化接近于完成之時(shí)，3GPP開始了 LTE-Advanced項(xiàng)目，主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：扁平化的網(wǎng)絡(luò)體系設(shè)計(jì)，針對室內(nèi)和熱點(diǎn)游牧場景進(jìn)行優(yōu)化，有效支持新頻段和大帶寬應(yīng)用，大幅提升峰值速率，改進(jìn)頻譜效率，支持網(wǎng)絡(luò)的自優(yōu)化和自配置，有效降低網(wǎng)絡(luò)的成本和功耗_]。從3G到LTE涌現(xiàn)出了大量的新技術(shù)，蜂窩小區(qū)的鏈路容量己經(jīng)逼近丫香農(nóng)限，從雄純的鏈路預(yù)算的角度來看，LTE-Advanced目標(biāo)中所要求的高速數(shù)據(jù)速率需要很高的信道SINR，而這個(gè)SINR在傳統(tǒng)的廣域蜂窩網(wǎng)絡(luò)中是+可能達(dá)到的，因此LTE-Advanced主要強(qiáng)調(diào)了從LTE的平滑演進(jìn)，不再進(jìn)行大規(guī)模的技術(shù)革新，而是在LTE已有技術(shù)的基礎(chǔ)上，對無線資源進(jìn)行更加高效、動(dòng)態(tài)的管理和網(wǎng)絡(luò)層的優(yōu)化。LTE-Advanced中的主要技術(shù)包括多頻段協(xié)同與頻譜整合、中繼技術(shù)、分布式天線和小區(qū)間協(xié)作技術(shù)[8]，本論文主要討論基于小區(qū)間協(xié)作技術(shù)的跨層資源分配問題。

　　LTE系統(tǒng)支持相鄰eNode B之間的Mesh連接，但用于連接的X2接口的能2力比較弱，它的傳輸延遲大于20ms,因此很難實(shí)現(xiàn)真正意義上的基站間協(xié)調(diào)[6]。LTE- Advanced中使用光纖對X2接口進(jìn)行升級(jí)后，就可以利用這個(gè)增強(qiáng)的高速X2接口進(jìn)行快速的基站間的合作與協(xié)調(diào)，從而獲得協(xié)同發(fā)送/接收增益[9]。如見采用RoF光纖，X2接口甚至可以從一個(gè)單純的控制面接口擴(kuò)展為一個(gè)用戶面/控制面綜合接口，實(shí)現(xiàn)和分布式天線系統(tǒng)相似的數(shù)據(jù)聯(lián)合發(fā)送和接收，LTE-Advanced下的基站間協(xié)同如圖1-1所示。

　　1.2下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)中的無線資源分配

　　無線通信系統(tǒng)都是資源相對受限的系統(tǒng)，例如頻率，功率，吋隙等，面對多樣化、復(fù)雜化的用戶需求，高速多變的業(yè)務(wù)類型，以及整個(gè)系統(tǒng)對能耗的嚴(yán)格約束，移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展過程中急需解決的問題是如何更充分合理地使用有限的無線資源，保證用戶的數(shù)據(jù)速率、網(wǎng)絡(luò)高負(fù)載時(shí)用戶的服務(wù)質(zhì)量以及系統(tǒng)的低能耗。下一代基于 OFDMA的移動(dòng)通信系統(tǒng)中無線資源分配的概念十分廣泛，它既可以是系統(tǒng)時(shí)頻資源的調(diào)度，也可以是調(diào)制編碼方式的選擇，還可以是用戶業(yè)務(wù)速率的選擇或者小區(qū)中每個(gè)子頻帶上發(fā)射功率的分配。無線資源分配的核心就是在有限資源的條件下，為用戶提供更好、多樣化的服務(wù)質(zhì)量，特別是在無線信道質(zhì)量較差、小區(qū)間干擾變化劇烈的情況下，采用合理的無線資源分配策略，快速、動(dòng)態(tài)、穩(wěn)定的調(diào)整無線傳輸參數(shù)和分配網(wǎng)絡(luò)中的可用資源，最大限度地提高用戶服務(wù)質(zhì)量，同時(shí)減小使用復(fù)雜管理方式帶來的負(fù)面效果，如信令負(fù)荷、功率消耗和通信負(fù)載等[3]。

　　第二章跨層勢博弈理論及模型

　　孔子對他的弟子講：工欲善其事，必先利其器，意思是說工匠想要把自己的工作做好，一定要先使工具鋒利，喻指要做好一件事，準(zhǔn)備工作非常重要。同樣，對于下一代移動(dòng)通信中的跨層資源分配，有針對性的理論框架設(shè)計(jì)，能夠使得跨層資源分配模型的設(shè)計(jì)工作事半功倍。第一章中提到過，為了滿足網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)自優(yōu)化的要求，下一代移動(dòng)通信中的跨層資源分配，一方面需要降低跨層設(shè)計(jì)帶來的額外計(jì)算和時(shí)間損耗，構(gòu)建低復(fù)雜度的算法模型;另一方面跨層優(yōu)化器需要能夠動(dòng)態(tài)調(diào)整多個(gè)網(wǎng)絡(luò)層的參數(shù)，這就需要優(yōu)化算法能夠快速的收斂到最優(yōu)解。根據(jù)這兩個(gè)要求，本論文設(shè)計(jì)了跨層勢博弈理論模型，將一個(gè)跨層資源分配問題映射為一個(gè)勢博棄過程，即可以保證算法尋優(yōu)過程的快速收斂，還實(shí)現(xiàn)了分布式的問題求解，提高了算法的可擴(kuò)展性。一般地，如果一個(gè)策略博棄服從一個(gè)勢函數(shù)，我們就說它是一個(gè)勢博棄。勢函數(shù)可以理解為是參與者之間差異的衡量，或者說等價(jià)于向納什均衡的偏移。勢博弈有一些很好的屬性，在某些條件下，所有的勢博奔都存在純策略的納什均衡;在一些不是很茍刻的條件下，參與者的學(xué)習(xí)過程都收斂于一個(gè)納什均衡。換句話說，從任意一個(gè)狀態(tài)出發(fā)，按照一定準(zhǔn)則，經(jīng)過有限步驟，參與者最終都能夠到達(dá)一個(gè)均衡狀態(tài)⑴[2][3]。

　　本章主要研究了跨層勢博弈的理論模型，介紹了博弈論中的發(fā)展歷史以及一些基本概念，引出了勢博弈理論，給出了勢博棄的定義和分類，并分析了幾類勢博弈之間的關(guān)系;針對實(shí)際中應(yīng)用最廣泛的完全勢博弈進(jìn)行了分類，并對每種類型的勢博弈都給出了相應(yīng)的構(gòu)建勢函數(shù)的方法;分析了勢博弈迭代過程的收斂性，介紹了納什均衡的存在性和唯一性需要滿足的條件，證明了勢博弈的有限遞增屬性，并利用收斂的準(zhǔn)則和時(shí)序保證了迭代過程的快速收斂;證明了勢博弈均衡狀態(tài)的穩(wěn)定性，分析了均衡狀態(tài)的最優(yōu)性，并給出了衡量博棄最優(yōu)性的指標(biāo);舉例說明了勢博弈在移動(dòng)通信中的應(yīng)用;最后在前文內(nèi)容的基礎(chǔ)上給出了跨層勢博弈模型的建模方法和步驟。

　　移動(dòng)通信技術(shù)的飛速發(fā)展給現(xiàn)代人的日常生活帶來了巨大變革，形形色色的無線網(wǎng)絡(luò)，比如LTE、無線傳感網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、Zigbee等都己經(jīng)成為了人們生活密不可分的組成部分，小到打電話、手機(jī)無線上網(wǎng)，大到“感知中國”、“智慧地球”等，無線網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)滲透到了人們生活的方方面面。然而，以移動(dòng)通信為代表的無線通信系統(tǒng)都是資源受限的系統(tǒng)，高效、穩(wěn)定的無線資源管理對無線通信系統(tǒng)的意義十分重大。面對下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)多樣化、復(fù)雜化的用戶需求，高速多變的業(yè)務(wù)類型，以及整個(gè)系統(tǒng)對能耗和帶寬的嚴(yán)格約束，移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展過程中急需解決的問題是如何更充分合理的使用有限的無線資源，保證用戶的數(shù)據(jù)速率、網(wǎng)絡(luò)高負(fù)載時(shí)用戶的服務(wù)質(zhì)量以及系統(tǒng)的低能耗。無線網(wǎng)絡(luò)的跨層設(shè)計(jì)模糊了嚴(yán)格的層間界限，將分散在網(wǎng)絡(luò)各個(gè)子層的特性參數(shù)協(xié)調(diào)融合。所有層間可以交互信息，使得協(xié)議棧能夠以方式適應(yīng)特定應(yīng)用所需的QoS和網(wǎng)絡(luò)狀況的變化。跨層設(shè)計(jì)里多個(gè)層的聯(lián)合優(yōu)化利用了協(xié)議里多個(gè)層間的合作，可以獲得多協(xié)議層的分集增益，大大提升網(wǎng)絡(luò)的性能。本文圍繞下一代移動(dòng)通信中的跨層資源分配問題，分別從理論建模和算法設(shè)計(jì)兩個(gè)方面研究了該問題。一方面，利用勢博棄理論納什均衡的存在性和唯一性，以及勢博棄迭代過程的快速收斂，提出了跨層勢博棄理論框架，通過博弈參與者分布式的策略選擇，就可以達(dá)到最優(yōu)的跨層資源分配;另一方面，根據(jù)下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)中SON的設(shè)計(jì)理念，利用小區(qū)間協(xié)同技術(shù)，首先提出了能夠根據(jù)信道條件的不斷變化，自適應(yīng)的動(dòng)態(tài)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)各個(gè)層的參數(shù)，達(dá)到最優(yōu)跨層資源分配的目的，接下來，通過動(dòng)態(tài)調(diào)整eNB在各個(gè)子信道上的發(fā)射功率值，主動(dòng)的改善無線網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)境，實(shí)現(xiàn)抑制小區(qū)間干擾，降低功耗，提高吞吐量的目的。此外，為了驗(yàn)證本文提出算法的性能和復(fù)雜度，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了下一代移動(dòng)通信的跨層仿真平臺(tái)。本論文的主要工作可以總結(jié)如下：

　　1、跨層勢博棄理論建模。本論文結(jié)合博棄論中的勢博弈理論和跨層優(yōu)化理論，通過元素映射和勢函數(shù)構(gòu)建，建立了跨層勢博棄的理論框架，保證了跨層優(yōu)化過程能夠收斂于一個(gè)最優(yōu)狀態(tài)，并且保證了快速的收斂。研究了跨層勢博棄的理論模型，針對實(shí)際中應(yīng)用最廣泛的完全勢博弈進(jìn)行了分類，并對每種類型的勢博弈都給出了相應(yīng)的構(gòu)建勢函數(shù)的方法;分析了勢博弈迭代過程的收斂性、納什均衡的存在性和唯一性、有限遞增屬性以及收斂的準(zhǔn)則和時(shí)序;證明了勢博弈均衡狀態(tài)的穩(wěn)定性和最優(yōu)性，并給出了衡量博弈最優(yōu)性的指標(biāo)。

　　2、跨層資源分配仿真平臺(tái)建模與實(shí)現(xiàn)。從靜態(tài)的角度研宄系統(tǒng)仿真的相關(guān)內(nèi)容和問題，搭建了下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)業(yè)務(wù)級(jí)仿真平臺(tái)。這里所用的靜態(tài)仿真是根據(jù)蒙特卡洛方法思想來完成的，包括對下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)的多次獨(dú)立采樣，其中每一次采樣稱為一次“快照”，進(jìn)行多次采樣后，獲得系統(tǒng)多個(gè)瞬間的狀態(tài)，統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)的性能。利用該仿真平臺(tái)，可以對研究中的新技術(shù)和新算法進(jìn)行方便、快速、直觀的驗(yàn)證和評(píng)估，縮短了新技術(shù)開發(fā)的成本和周期。

　　3、移動(dòng)視頻業(yè)務(wù)信道自適應(yīng)的跨層資源分配策略設(shè)計(jì)。面向下一代移動(dòng)通信中的視頻跨層優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行深入研究，同時(shí)提取鏈路層、物理層和應(yīng)用層的參數(shù)，包括視頻源編碼速率、分組丟失率以及視頻時(shí)延限制等指標(biāo)，研究下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)下行視頻點(diǎn)播業(yè)務(wù)傳輸場景，首先根據(jù)視頻內(nèi)容的特點(diǎn)和模糊屬性，提出了基于模糊多目標(biāo)決策的跨層調(diào)度模型;接下來針對視頻業(yè)務(wù)跨層資源分配算法復(fù)雜度高的問題，提出了跨層勢博弈資源分配模型，實(shí)現(xiàn)了分布式的求解框架，降低了算法時(shí)間復(fù)雜度，提高了算法的可擴(kuò)展性;此外，提出了梯度投影的博弈收斂準(zhǔn)則，實(shí)現(xiàn)了博弈迭代過程的并行收斂，保證了收斂的速度。