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基于匹配理論的D2D異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)高能效資源分配技術(shù)研究

D2D 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（即終端直通技術(shù)），不需要通過基站或核心網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)和處理，只需在移動(dòng)終端之間建立通信鏈路即可直接傳輸數(shù)據(jù)，為突破上述技術(shù)瓶頸提供了一種新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。目前，D2D 技術(shù)已被IMT-2020（5G）推進(jìn)組確定為第5代移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。然而，D2D 通信無線資源分配方面的研究，必須考慮能量效率和能量使用的優(yōu)化。由于移動(dòng)終端的電池容量有限，一旦忽視數(shù)據(jù)傳輸中對(duì)能量效率的優(yōu)化，將使得數(shù)據(jù)傳輸由于能量枯竭而中斷，重要信息無法及時(shí)傳達(dá)，嚴(yán)重影響服務(wù)質(zhì)量和用戶體驗(yàn)。針對(duì)4G 智能手機(jī)的用戶調(diào)查結(jié)果表明，只有不到25%的用戶對(duì)手機(jī)續(xù)航時(shí)間表示滿意，手機(jī)續(xù)航時(shí)間已經(jīng)成為影響用戶滿意度和品牌忠誠(chéng)度的關(guān)鍵因素之一。　　課題組深入研究了頻譜效率和能量效率之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，其研究結(jié)果表明，在考慮實(shí)際電路功率損耗的情況下，頻譜效率和能量效率不再是簡(jiǎn)單的單調(diào)遞減關(guān)系，而是隨著頻譜效率的增加，能量效率呈現(xiàn)先單調(diào)遞增后單調(diào)遞減的特性。通過上述分析可以看出，如果一味追求高頻譜效率和高吞吐量，將會(huì)帶來移動(dòng)終端能量效率的大幅度下降。因此，課題組針對(duì)D2D異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)頻譜資源復(fù)用的復(fù)雜場(chǎng)景，將針對(duì)能效最優(yōu)的NP難聯(lián)合資源分配問題轉(zhuǎn)換為用戶偏好下的隨信道狀態(tài)和干擾水平而動(dòng)態(tài)變化的一對(duì)一匹配問題，并通過采用穩(wěn)定匹配理論、非合作博弈理論、非線性優(yōu)化理論來解決能效優(yōu)化問題。研究結(jié)果表明，在保障QoS情況下，相比傳統(tǒng)的高譜效資源分配方法，該方案可以將移動(dòng)終端的功率消耗降低200%以上。，本項(xiàng)目的核心研究方向正是將節(jié)能減排戰(zhàn)略方針落實(shí)到移動(dòng)通信的基礎(chǔ)研究領(lǐng)域中，與國(guó)家中長(zhǎng)期科技發(fā)展方向和國(guó)際通信產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)期發(fā)展趨勢(shì)相一致，將在技術(shù)、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)等多個(gè)方面具有重要的研究意義和實(shí)用價(jià)值。　　課題組負(fù)責(zé)人周振宇自參加工作起即投入到異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)資源分配、干擾協(xié)調(diào)、移動(dòng)性管理、自組織組網(wǎng)等方面的研究工作中，作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，先后主持了多項(xiàng)國(guó)家級(jí)、省部級(jí)科研項(xiàng)目，包括國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目、北京市自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目、北京市優(yōu)秀人才計(jì)劃項(xiàng)目等，積累了深厚的理論基礎(chǔ)和豐富的研究經(jīng)驗(yàn)。以第一作者和通信作者在 IEEE Transactions on Communications 、IEEE Transactions on Vehicular Technology、IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems、IEEE Transactions on Green Communications and Networking、IEEE Journal on Selected Areas in Communications、IEEE Transactions on Industrial Informatics等通信領(lǐng)域主流期刊發(fā)表論文30 余篇，在IEEE ICC、IEEE Globecom 等通信領(lǐng)域旗艦會(huì)議發(fā)表文章30 余篇，其中2 篇論文入選ESI 高被引論文。　　其研究工作已被 Prof. Zhu Han（IEEE Fellow）、Prof. Weihua Zhuang（加拿大工程院院士、IEEE Fellow）、Prof. Sherman Shen（加拿大工程院院士、IEEE Fellow）、Prof. Vincent Poor（美國(guó)科學(xué)院院士、加拿大科學(xué)院院士、英國(guó)皇家科學(xué)院院士、IEEE Fellow）、Prof. Andreas Molisch（奧地利科學(xué)院院士、IEEE Fellow）、易芝玲教授（中國(guó)移動(dòng)研究院首席科學(xué)家）以及JSAC、IEEE Transactions on Wireless Communications、IEEE Communications Magazine 等通信領(lǐng)域頂級(jí)期刊引用和正面評(píng)價(jià)。榮獲IET Communications 最佳期刊論文獎(jiǎng)（the IET Premium Award in 2017，每年在全球范圍內(nèi)僅選拔1 篇）、IEEE 通信協(xié)會(huì)綠色通信與計(jì)算專委會(huì)最佳論文獎(jiǎng)（IEEE ComSoc Green Communications and Computing Technical Committee 2017 Best Paper Award，在IEEE Globecom 2017 會(huì)議上頒獎(jiǎng)）　　目前擔(dān)任 IEEE Access、Transactions on Emerging Telecommunications Technologies、IEEE Communications Magazine 等國(guó)際學(xué)術(shù)期刊的編輯及客座編輯，擔(dān)任IEEE ISADS’15 智能電網(wǎng)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專題研討會(huì)聯(lián)合主席，擔(dān)任IEEE Globecom、IEEE ICC、IEEE WCNC、IEEE VTC、IEEE PIRMC、IEEE CCNC、IEEE APCC 等國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議的技術(shù)委員會(huì)委員。在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化方面，擔(dān)任IEEE 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)授權(quán)/非授權(quán)頻譜融合標(biāo)委會(huì)工作組骨干成員（IEEE Standards Association, P1932.1 Working Group, “Licensed/Unlicensed Spectrum Interoperability in Wireless Mobile Networks”）。應(yīng)邀在IEEE 車輛技術(shù)協(xié)會(huì)旗艦會(huì)議IEEE VTC’18 上作Tutorial 報(bào)告（報(bào)告題目：Internet of Vehicles: When SDN, Edge Computing and Big Data Meet Intelligent Transport Systems）。2016 年入選北京市委組織部“北京市優(yōu)秀人才計(jì)劃”，2017 年入選IEEE 高級(jí)會(huì)員（IEEE Senior Member）。　　該研究由中國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金委項(xiàng)目61601180和61601181，中央高校基礎(chǔ)研究基金資助項(xiàng)目2014MS08和2016MS17，日本學(xué)術(shù)振興會(huì)JSPS KAKENHI 26730056， JP15K15976和JP16K00117以及JSPS A3 Foresight等項(xiàng)目資助。

華北電力大學(xué) 2021-02-01

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