面向5G车载通信的资源管理方法研究

• 作 者: 张雪
• 机 构: 桂林电子科技大学
• 出 处: 桂林电子科技大学
• 发表日期: 2020年01期
• 关键词: 车载通信 通信资源管理 虚拟小区 以用户为中心 车载设备 物联网 未来通信 技术 方案 通信系统 问题 算法

随着无线通信与物联网的蓬勃发展，未来通信系统将达到两个关键的要求。一方面，需要提供更高的系统容量，同时保证通信设备之间的资源管理。另一方面，需要支持大规模设备的连接服务。而最具代表性的两大应用技术车联网和窄带物联网(Narrowband Internet of Thing，NB-IoT)成为了万物互联的驱动力。车联网的出现提高了智能交通的管理效率，为人们出行提供了安全保障。而NB-IoT的广泛部署，为用户设备提供低功率、低成本、广覆盖、大规模连接的服务。同时，NB-IoT技术在车联网技术、智慧城市等场景下的应用进一步推进了物联网的发展。然而，车联网和NB-IoT技术共同的问题就是频谱资源有限，如何在有限的资源下满足未来通信系统的要求成为目前研究的重点。基于上述问题，本文开展了研究，主要内容如下：
　　第一，对车联网和NB-IoT技术中的相关基础知识做了简要介绍。包括基于蜂窝的车联网通信系统简介、以用户为中心的虚拟小区(Virtual Cell，VC)技术、基于蜂窝的NB-IoT系统架构、NB-IoT的应用场景以及将非正交多址接入(Non-Orthogonal MultipleAccess, NOMA)技术应用于上行传输的基本原理。
　　第二，针对5G超密集网络下车载通信面临的更多小区干扰以及切换问题，提出一种动态的以多车辆用户为中心的虚拟小区形成方案。该方案可以根据车辆的移动状态以及连接接入点的情况，不断更新虚拟小区，以形成车辆用户为中心的虚拟小区架构，提供稳定的以车辆用户为中心的服务。同时，针对该虚拟小区架构，提出了一种邻近交替线性最小连续凸近似(Proximal Alternating Linearized Minimization Successive Convex Approximation，PALM-SCA)算法来解决虚拟小区中V2X通信资源管理的最大最小公平性问题，从而在虚拟小区中更好地支持V2X服务。数值分析表明，该虚拟小区形成方案可以适应V2X通信场景，实现虚拟小区的自适应更新；同时，所提出的资源管理算法在解决资源管理公平性方面优于本文中对比的Nesterov连续凸近似(Successive Convex Approximation，Nesterov SCA)算法，乘法更新(Multiplicative Update，MU)算法和集中式(Centralized)三种算法。
　　第三，针对未来通信大规模设备连接需求，提出一种NOMA辅助的QoS约束下NB-IoT车载设备通信的资源管理方案。该方案通过建立上行NOMA多车载设备传输模型，以达到系统和速率最大的目的。同时，将制定的非凸资源管理问题转化为凸问题，并采用拉格朗日(Lagrangian)梯度法进行求解。数值分析表明，与正交多址方案相比，该方案不仅显著提高了NB-IoT车载设备通信中上行传输的和速率，而且增加了满足服务质量要求的NB-IoT车载设备数量，支持未来通信对海量设备的连接。