本文關(guān)鍵詞： LTE-A 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò) 小區(qū)間干擾協(xié)調(diào) 覆蓋增強 幾乎全空子幀 隨機幾何 泊松點過程　出處：《中國科學技術(shù)大學》2014年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展,用戶對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求日益增強。在線游戲、視頻通話、高速下載等應用對蜂窩網(wǎng)絡(luò)的速率和延遲等性能要求越來越高。另一方面,有統(tǒng)計資料表明未來2/3的電話和90%以上的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)是在室內(nèi)發(fā)生。然而由于信號的穿墻損耗,宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)很難保證室內(nèi)用戶的速率需求。因此,3GPP (3rd Generation Partnership Project)組織在LTE (Long Term Evolution) Release10版本中引入了低功率節(jié)點,用于拉近用戶和基站間的距離,從而提升用戶吞吐量。這種在宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)中疊加低功率節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)被稱為異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)(Heterogeneous Networks, HetNets)。 為了最大化頻譜利用率,3GPP傾向于采用同頻組網(wǎng)方式。宏基站之間、低功率節(jié)點之間的同層干擾和宏基站與低功率節(jié)點之間的跨層干擾成為了制約異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵因素。相比于傳統(tǒng)宏蜂窩網(wǎng)絡(luò),低功率節(jié)點具有部署隨機、封閉用戶接入、覆蓋增強等技術(shù)特點,使得異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的干擾情況尤其復雜。因此,LTE-A異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術(shù)對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)具有重要意義。本文以Macro-Femto網(wǎng)絡(luò)和Macro-Pico網(wǎng)絡(luò)為例,對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術(shù)進行了系統(tǒng)性的研究。主要貢獻和創(chuàng)新點如下： 1)研究Macro-Femto異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的下行干擾問題,提出了一種基于干擾圖的頻域干擾協(xié)調(diào)方案。 在干擾圖建模中,圖頂點為位于家庭基站干擾區(qū)域內(nèi)的宏小區(qū)用戶或家庭基站,邊代表干擾關(guān)系,權(quán)重代表干擾程度。權(quán)重根據(jù)區(qū)域平均信道準則確定。將分簇問題建模為圖論中最大K割問題,并提出一個啟發(fā)式算法——基于干擾圖的混合分簇方案(HCIG)來近似求解。HCIG方案能同時減弱Macro-Femto網(wǎng)絡(luò)中的三種下行干擾,提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量。 2)研究Macro-Femto異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的Femto之間的干擾問題,提出了一種基于家庭基站協(xié)作的干擾協(xié)調(diào)方案。 在3GPP標準中,鄰居家庭基站間存在X2接口,使得家庭基站間的協(xié)作變?yōu)榭赡�。利用家庭基站間的輔助數(shù)據(jù)傳輸,本文提出一種名為虛切換的協(xié)作機制以消除鄰居家庭基站間的干擾。虛切換的核心思想是將用戶平面和數(shù)據(jù)平面進行分離。當虛切換發(fā)生時,控制信息由原始服務(wù)家庭基站承載,而數(shù)據(jù)信息由鄰居干擾基站輔助傳輸。虛切換對用戶和移動管理實體透明,只涉及家庭基站間的控制信令交互。并且信息交互是通過有線X2鏈路,因此該方案開銷低、成功率高。 3)研究Macro-Pico異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的宏基站對Pico用戶的干擾問題,分析基于ABS (Almost Blank Subframe)的時域干擾協(xié)調(diào)方案中ABS比例的設(shè)置問題。 采用覆蓋增強技術(shù)時,宏基站會對Pico擴展覆蓋范圍內(nèi)的用戶造成較強的下行干擾。通常采用基于ABS的時域干擾協(xié)調(diào)來消除此類干擾。本文利用泊松點過程網(wǎng)絡(luò)模型分析了在采用覆蓋增強技術(shù)下的Macro-Pico網(wǎng)絡(luò)的性能,得到用戶到服務(wù)基站的距離分布、用戶的SIR分布、用戶的平均吞吐量。在此基礎(chǔ)上,分析了在給定覆蓋增強偏置值時ABS比例的合理取值范圍。該工作對實際網(wǎng)絡(luò)中覆蓋增強偏置值和ABS比例的設(shè)置具有一定的參考意義。 4)研究Macro-Pico異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的覆蓋增強機制對用戶中斷概率的影響,提出一種負載感知的泊松點過程網(wǎng)絡(luò)模型。 注意到傳統(tǒng)泊松點過程網(wǎng)絡(luò)模型沒有考慮基站的實際負載,而只是簡單假設(shè)基站滿負載,本文將基站負載和按需資源分配方案加入到傳統(tǒng)泊松點過程模型中,得到更加接近實際情況的負載感知的干擾分析模型。利用該模型分析Macro-Pico網(wǎng)絡(luò)中覆蓋增強機制對用戶中斷概率的影響,分析得到在給定覆蓋增強偏置時用戶中斷概率的表達式。 5)研究Macro-Pico異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的宏基站和Pico基站間的干擾問題,提出一種負載自適應的干擾協(xié)調(diào)方案。 為了使得Pico能夠更好地為熱點用戶提供通信資源,本文提出一種基于熱點區(qū)域的有界覆蓋增強方案來擴大Pico的覆蓋范圍�；谟薪绺采w增強方案,進一步提出了負載自適應的動態(tài)覆蓋控制算法來實現(xiàn)宏基站和Pico基站間的負載均衡,并提出混合時頻域干擾協(xié)調(diào)算法來減輕宏基站對Pico擴展覆蓋范圍內(nèi)的用戶的干擾。負載自適應的動態(tài)覆蓋控制算法及混合時頻域干擾協(xié)調(diào)算法能夠在用戶QoS保證和網(wǎng)絡(luò)容量之間實現(xiàn)較好的折衷。
[Abstract]:With the rapid development of mobile Internet, the user demand for data services is increasing. Online games, video calls, high-speed download rate requirements for applications such as cellular network and delay performance is more and more high. On the other hand, statistics show that the future of 2/3 phone and more than 90% of the data service is in the interior. However because the wall loss of signal, the macro cellular network is very difficult to guarantee the rate of demand of indoor users. Therefore, 3GPP (3rd Generation Partnership Project LTE (Long) in Term Evolution) low power node into the Release10 version, for users and to narrow the distance between the base station, so as to enhance the user throughput. This is superimposed on the macro cellular network in low power node network architecture called heterogeneous network (Heterogeneous Networks, HetNets).
In order to maximize the utilization of the spectrum, 3GPP tend to use the same frequency network. Acer station, between the same layer interference between low power node and Acer station and low power node cross layer interference has become a key factor restricting the performance of heterogeneous network. Compared to the traditional macrocell network, low power nodes are deployed randomly. Closed user access, coverage enhancement technique, the interference of the heterogeneous network is particularly complex. Therefore, LTE-A heterogeneous networks, inter cell interference coordination technology has important significance for heterogeneous network. Based on the Macro-Femto network and Macro-Pico network as an example, the interference coordination technology in heterogeneous network between cells were systematically studied. The contribution and innovation are as follows:
1) the problem of downlink interference in Macro-Femto isomeric networks is studied, and a frequency domain interference coordination scheme based on interference graph is proposed.
In the interference graph modeling, graph vertex in femtocell interference region of the macrocell users or home base stations, the edges represent interference, interference degree of weight weights according to the regional representative. The average channel criterion. The clustering problem is modeled as a graph K maximum cut problem, and propose a heuristic algorithm based on hybrid the interference graph clustering scheme (HCIG) to approximate the.HCIG scheme can decrease three downlink interference in Macro-Femto network, improve the network throughput.
2) the interference problem between Femto in Macro-Femto isomeric networks is studied, and a interference coordination scheme based on the collaboration of home base station is proposed.
In the 3GPP standard, the X2 interface between the neighbor home base station, family collaboration between base stations is possible. The use of auxiliary data transmission between the home base station, this paper proposes a mechanism called collaborative virtual switch to eliminate the interference between neighbor home base station. The core thought of virtual switching is separated from the user plane and the data plane. When a virtual switch occurs, the control information carried by the original service home base station, and the data information from neighbor interference base station assisted transmission. The virtual switch transparent to the user and the mobile management entity, involving only the control signal between the base stations to family interaction. And the information interaction is through the wired X2 link, so the scheme of low cost the success rate is high.
3) study the interference of macro base stations to Pico users in Macro-Pico heterogeneous network, and analyze the setting of ABS ratio based on ABS (Almost Blank Subframe) in the time domain interference coordination scheme.
The coverage enhancement technique, Acer station will cover the range of users caused by downlink interference on strong Pico expansion. Usually by the time domain interference coordination based on ABS to eliminate such interference. Using the Poisson point process model analysis in the network coverage performance enhancement technology under the Macro-Pico network, users get to the distance distribution service station the distribution of SIR users, the average user throughput. Based on the analysis of the coverage enhancement reasonable range of bias value ABS in a given proportion. This work on the actual network coverage enhancement bias value and the ratio of ABS set has certain reference significance.
4) to study the influence of the coverage enhancement mechanism in the Macro-Pico heterogeneous network on the interruption probability of the user, a load aware Poisson point process network model is proposed.
Pay attention to the actual load of traditional Poisson point process network model without considering the base station, but simply assume that the base station base station full load, load and on-demand resource allocation scheme is added to the traditional Poisson point process model, the interference is more close to the actual situation of the load sensing model. Mechanism analysis of impact on the user outage probability coverage the enhanced Macro-Pico network by using the model analysis of coverage enhancement bias user outage probability in a given expression.
5) to study the interference between the macro base station and the Pico base station in the Macro-Pico heterogeneous network, and propose a load adaptive interference coordination scheme.
In order to enable the Pico to provide better communication resources for hot users, this paper proposes a method based on hot region bounded coverage enhancement scheme to expand the coverage of Pico. Based on the bounded coverage enhancement scheme, further proposes a dynamic load adaptive coverage control algorithm to achieve load balancing between Acer and Pico base station, and put forward mixed frequency time domain interference coordination algorithm to reduce the interference range of Acer station expansion of users on Pico. The dynamic load adaptive coverage control algorithm and mixed frequency time domain interference coordination algorithm can guarantee the QoS between user and network capacity to achieve a good tradeoff.

【學位授予單位】：中國科學技術(shù)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TN929.5

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