隨著智能移動設(shè)備的爆炸式增長和物聯(lián)網(wǎng)的崛起,當(dāng)前的無線通信網(wǎng)絡(luò)已難以負(fù)荷急劇增長的業(yè)務(wù)需求,因此5G首要任務(wù)就是提升系統(tǒng)容量。在5G關(guān)鍵技術(shù)中,超密集小小區(qū)網(wǎng)絡(luò)和多天線技術(shù)被認(rèn)為是最具前景的解決方案。超密集小小區(qū)網(wǎng)絡(luò)通過部署數(shù)量眾多的同頻微型基站達(dá)到提升頻譜復(fù)用率的目的,從而實(shí)現(xiàn)幾十倍的系統(tǒng)擴(kuò)容;而多天線技術(shù)則通過分集與復(fù)用來提升系統(tǒng)容量。為了探究這兩項(xiàng)技術(shù)結(jié)合所帶來的性能增益,本文研究了使用休眠模式的超密集小小區(qū)網(wǎng)絡(luò)中,基站密度、用戶密度以及基站天線數(shù)對無線通信網(wǎng)絡(luò)性能的影響。首先,本文提出了更貼近實(shí)際場景的區(qū)分視距/非視距傳播的路徑損耗模型,采用最大比傳輸/最大比合并(MRT/MRC,Maximum-Ratio Transmission/Maximum-Ratio Combining)的波束賦形方案,基于隨機(jī)幾何理論、概率論推導(dǎo)了覆蓋率、區(qū)域頻譜效率(ASE,Area Spectral Efficiency)和區(qū)域能量效率(AEE,Area Energy Efficiency)的表達(dá)式,然后通過仿真研究了基站密度、用戶密度、基站天線數(shù)以及休眠模式對以上三大性能指標(biāo)的影響。仿真結(jié)果證實(shí)了理論推導(dǎo)的正確性,同時觀察到增加基站密度最初會對覆蓋率有較大的提升作用,但隨著基站數(shù)增多,視距傳播下的干擾也越大,此時采用休眠模式對視距傳播帶來的干擾有削弱作用,覆蓋率會先下降后上升,增加天線數(shù)對于基站密度較小的區(qū)域的覆蓋率更明顯,最多可達(dá)37.8%;采用休眠機(jī)制的ASE比不采用的低,但是對于AEE卻有明顯的改善效果,最多可提高0.4bps/J/Hz/km~2;增加天線數(shù)對于提升ASE效果一般,遠(yuǎn)不如增加基站密度明顯,天線數(shù)過多時會對AEE有明顯的削弱作用;當(dāng)基站密度為用戶密度的1/10左右時,此時覆蓋率、AEE都較高,但是ASE較低。以上現(xiàn)象對超密集小小區(qū)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際部署可提供一定的設(shè)計(jì)參考。超密集小小區(qū)網(wǎng)絡(luò)和多天線技術(shù)雖然能帶來諸多性能增益,但是也存在自身缺陷,比如能源消耗問題。隨著基站和天線數(shù)越來越多,能源消耗極大增加,在資源日益缺乏的今天,節(jié)能減排,降低能耗成為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑,因此我們必須關(guān)注AEE問題。但同時,頻譜資源的稀缺性也決定了我們在關(guān)注AEE時同樣不能忽略ASE,因此AEE和ASE存在一個折衷。本文以基站密度和基站天線數(shù)為優(yōu)化變量,研究了在休眠模式下給定ASE時,AEE的最大化問題,采用一階優(yōu)化條件、二階優(yōu)化條件以及迭代的優(yōu)化算法,仿真結(jié)果證實(shí),該算法收斂速度快,在實(shí)現(xiàn)了AEE最大化的同時也能實(shí)現(xiàn)ASE的優(yōu)化,即實(shí)現(xiàn)了ASE和AEE的聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計(jì)。
【學(xué)位單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN929.5
【部分圖文】：

上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文，各國都企圖搶占 5G 發(fā)展先機(jī)。我國也正積極部署 5G 研發(fā)。2013 年 2 月對 5G 的 IMT-2020(5G)推進(jìn)組由國家相關(guān)部門正式牽頭成立了, 2013 年 6 月家 863 計(jì)劃“5G 研究開發(fā)重大項(xiàng)目一期”正式立項(xiàng)，隔年春，該項(xiàng)目二期立G 研究開發(fā)項(xiàng)目由國內(nèi)外 50 余家企業(yè)和機(jī)構(gòu)共同承擔(dān)，包括愛立信、三星等上研發(fā)實(shí)力雄厚的通信企業(yè)[3]。

頻段資源越來越稀缺，全頻率復(fù)用已經(jīng)成為了多層共存的蜂窩異構(gòu)征[32,33]。這種做法使得頻譜資源的利用率大大提升，提高了系統(tǒng)容來了干擾的問題。由于層間以及層內(nèi)干擾的存在抵消了頻率復(fù)用帶增益，因此通信的服務(wù)質(zhì)量也大打折扣。為了研究基站協(xié)同以及干需要對干擾進(jìn)行合理的建模。建模是一種對新技術(shù)進(jìn)行評估的高效途域的發(fā)展進(jìn)程中，一個新技術(shù)從提出到真正應(yīng)用少不了建模評估這不對新技術(shù)進(jìn)行謹(jǐn)慎合理的建模評估將會產(chǎn)生巨大的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)槊空龖?yīng)用需要投入大量的人力物力來進(jìn)行軟硬件上的改進(jìn)，如果建模就進(jìn)行大規(guī)模的應(yīng)用，很可能發(fā)生新技術(shù)的性能增益還不如預(yù)期甚后果，從而產(chǎn)生重大損失。所謂合理是指模型精確且復(fù)雜度不高，了一定的精確度的要求，評估的結(jié)果才具有參考價值，同時模型復(fù)保證評估的高效性，這往往要求我們根據(jù)現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力對的精簡。因此建模的關(guān)鍵就是要在高精確和低復(fù)雜之間進(jìn)行折中選準(zhǔn)確又方便的模型。除了需要對干擾進(jìn)行建模研究，小小區(qū)網(wǎng)絡(luò)其比如系統(tǒng)容量、頻譜效率、中斷概率等的分析都依賴于建模。

圖 2-2 齊次泊松點(diǎn)過程和泰森多邊形模型Fig.2-2 Homogeneous poisson point process and thiessen polygon model.2 隨機(jī)幾何理論基礎(chǔ).2.1 空間點(diǎn)過程在無線通信網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)性能與用戶和節(jié)點(diǎn)的分布存在密不可分的關(guān)系，點(diǎn)的位置通常是根據(jù)區(qū)域所需流量大小進(jìn)行不規(guī)則分布，同時對于室外場景，用戶往往是處于移動中的，因此用戶和節(jié)點(diǎn)都具有不確定性，這時就需要間點(diǎn)過程來描述這一場景。空間點(diǎn)過程最初應(yīng)用于航天醫(yī)學(xué)和空間生物工程科，后來使用范圍慢慢擴(kuò)大，逐步演化成一個對位置分布的系統(tǒng)的建模方法上個世紀(jì) 60 年代以前，點(diǎn)過程的研究還比較原始，主要是一維的點(diǎn)過程。代以后，對點(diǎn)過程的研究慢慢拓展到多維空間，逐漸發(fā)展形成了空間點(diǎn)過程論。空間點(diǎn)過程可以劃分為以下三類：（1）空間中點(diǎn)的位置隨機(jī)分布，點(diǎn)與點(diǎn)之間不存在任何關(guān)聯(lián)性，比如文本小區(qū)和用戶建模將采用的 HPPP；
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 尤肖虎;潘志文;高西奇;曹淑敏;鄔賀銓;;5G移動通信發(fā)展趨勢與若干關(guān)鍵技術(shù)[J];中國科學(xué):信息科學(xué);2014年05期

本文編號：2841415