论文部分内容阅读
在无线通信网络中，由于传输媒质的影响，信号的衰减和相近信号源之间的干扰是不可避免的，这一特性使得合理调节无线节点的信号发射功率，也即功率控制成为无线通信网络中的一个核心问题。无论是在蜂窝网络(如，广泛使用的CDMA网络，和从属于3G网络的CDMA2000，WCDMA，TD-SCDMA等网络)中，还是在非中心的ad hoc网络中，功率控制都具有举足轻重的作用。
功率控制的目的，一方面是为了减少无线节点的功率损耗，增加其续航时间，因为在无线通信环境下，特别如蜂窝电话网络和无线传感器网络中，无线节点往往都需要通过电池来供电，因而功率控制在延长无线节点使用时间上起着极为重要的作用。功率控制另外一个目的是通过合理调节各无线节点的发射功率，减少节点间的通信干扰，从而增加无线网络的通信容量。特别在ad hoc网络情况下，节点不同的功率发射水平会导致不同的网络拓扑，因而进行功率控制以保证网络的连通性也是一个重要问题。
虽然对功率控制问题的研究已较为广泛，但从控制理论的角度对该问题进行分析的结果并不多见。该领域内的大多数研究，往往单纯的将此问题归结为通信协议的设计问题。然而如果考虑到功率控制的过程事实上是一个动态的过程，无线节点可通过与周围节点(或无线基站)的信息交互对其功率水平进行动态调节，因而若利用反馈控制的思想对其进行研究，将会是必要的和有意义的。由此出发，本文在第二章详细介绍了无线通信网络中的功率控制问题的定义和来源、研究现状、关键难点等。在此基础上，分析了功率控制问题在控制理论的意义下与传统控制问题的异同，指出了其中存在的若干控制理论问题，提出了一些对此问题可能有效的解决方法和思路。
在第三章中，我们特别地对ad hoc网络中两种功率控制策略的传输容量进行了分析。这两种策略，分别是由Narayanaswamy等提出的“同功率”(Commonpower)的方法，和由Kawadia和Kumar提出的分簇(Cluster)的方法。前者指出在节点分布较为均匀的ad hoc网络中，让所有的节点都采用相同的发射功率(使得网络保持连通的最小功率)，可以大大简化功率控制的设计，而同时引起的性能损失却在可以承受的范围内。而后者则将节点分布不均匀的网络分为若干簇，簇内使用较小的功率，簇间使用较大功率。这样的分簇可以是多级的。这种功率控制方法可以看成是全部节点使用相同的功率(“同功率”策略，较为粗糙)和每个节点使用最优的功率(理论最优的策略，难以实现)之间的一个折衷。通过建立适当的网络模型，我们对使用上面两种功率控制策略的ad hoc网络的传输性能进行了定量的比较，分别得到了使用这两种功率控制策略的ad hoc网络的传输性能上界，分析了各种实际因素对网络传输性能的影响情况。
进一步，在分别分析了CDMA网络和ad hoc网络现有功率控制策略的基础上，我们在第四章中提出了功率控制问题的一个简单控制模型，以试图将功率控制问题的研究纳入到控制理论的框架下来。该模型具有广泛的适应能力，其特殊情形在某些文献中已有涉及。
作为一类特殊的控制问题，对功率控制问题的研究不仅可以解决功率控制本身的问题，也可丰富和发展现有的控制理论。