全双工-云无线接入网的资源配置与大规模优化方法研究

Both the full duplex wireless system and the cloud-based radio access network (C-RAN) are the key technologies to the developments of the next-generation wireless communication systems. However, the full-duplex based C-RAN (FD-CRAN) faces unprecedented challenges in the interference control. Therefore, it is crucial to study the optimal resource allocation and interference control strategies for the FD-CRAN. This proposal aims to study dynamic and cross-layer resource allocation methods for achieving a high-performance and energy-saving FD-CRAN, as well as developing large-scale parallel resource allocation algorithms that can be efficiently implemented by the cloud processors. The proposal consists of three parts: 1) considering practical interference and channel models, study methods for joint (robust) optimization of base station (BS) beamforming and user power control; 2) considering FDMA/TDMA in FD-CRAN, study methods for joint optimization of BS beamforming , user power control and resource block assignment; 3) considering user association and admission control in the MAC layer, study methods for cross-layer joint optimization. The research will emphasize on novel problem modeling, optimization theory and the developments of large-scale optimization algorithms, targeting at building fundamental and practical guidelines for FD-CRAN.

全双工无线系统与云无线接入网分别是实现下一个世代无线通信系统的关键核心技术，然而，以全双工为基础的云无线接入网面临着前所未有的复杂干扰环境。因此有必要研究此系统的最优资源分配与干扰控制策略。本项目注意到动态与跨层的资源分配将有助于实现高速且绿色节能的全双工云无线接入网，而云计算平台将有利于大规模并行资源分配算法的实现。研究内容包含三部分 1) 考虑实际的随机干扰与信道模型，研究基站波束成形与用户功率控制的联合(鲁棒)优化理论与效能分析，2)考虑频分多址/时分多址机制，研究基站波束成形、用户功率控制与资源区块分配的联合优化理论与效能分析，3) 结合MAC层的用户关联与接入控制技术，研究跨层的联合优化理论与效能分析。本项目着重在务实与创新的问题建模、优化理论分析、与开发高效能的大规模优化算法，以探究全双工云无线接入网的最优资源分配机理与高效能实践准则。

全双工无线系统与云无线接入网分别是实现下一个世代无线通信系统的关键核心技术，然而，以全双工为基础的云无线接入网面临着前所未有的复杂干扰环境。因此有必要研究此系统的最优资源分配与干扰控制策略，与适合云计算平台的大规模并行资源分配算法。本項目的研究内容包含三部分：研究内容1 - 基站波束成形与用户功率控制的联合优化理论与效能分析；研究内容2 - 结合资源区块分配的联合优化理论与效能分析；研究内容3 - 结合MAC层的跨层联合优化理论与效能分析。并将云计算中心的并行计算能力纳入考虑，开发对应的大规模并行式优化方法。过去四年我们已取得重要的进展，包括.(a).针对研究内容1，我们开创性地分析全双工多用户网络的上下行联合波束成形与功率控制算法的问题结构，提出了优化问题可以在多项式时间内被全局求解的条件，并且提出计算与性能皆高效的次优快速算法。.(b).针对研究内容2，我们提出了全双工网络的用户上下行配对与资源分配的问题模型，理论分析此问题的NP-hardness性质，并有鉴于此，提出计算高效、基于松弛的资源分配优化方法。.(c).针对研究内容3，我们考虑异构网的联合用户接取与资源配置算法研究，提出结合用户选择与资源分配的联合模型与优化算法。此外，我们进行基于网络虚拟化的网络切割与资源调度研究，提出新颖的问题模型，以及基于连续凸近似方法的高效算法。.(d).针对大规模并行式优化方法，我们考虑了异步分布式平行优化算法的收敛分析，也考虑多个多边体约束的分布式优化问题，提出一个结合交替方向乘子法与临近点算法的新颖原始-对偶分布式优化算法。.本项目的科研成果主要以论文的形式呈现，共产出12篇国际一流期刊论文、11篇国际主流会议论文，与培养7名博士生直接参与项目研究工作。