隨著智能移動設備的爆炸式增長和物聯(lián)網(wǎng)的崛起,當前的無線通信網(wǎng)絡已難以負荷急劇增長的業(yè)務需求,因此5G首要任務就是提升系統(tǒng)容量。在5G關鍵技術中,超密集小小區(qū)網(wǎng)絡和多天線技術被認為是最具前景的解決方案。超密集小小區(qū)網(wǎng)絡通過部署數(shù)量眾多的同頻微型基站達到提升頻譜復用率的目的,從而實現(xiàn)幾十倍的系統(tǒng)擴容;而多天線技術則通過分集與復用來提升系統(tǒng)容量。為了探究這兩項技術結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)絡性能的影響。首先,本文提出了更貼近實際場景的區(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,基于隨機幾何理論、概率論推導了覆蓋率、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的影響。仿真結果證實了理論推導的正確性,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37.8%;采用休眠機制的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)絡實際部署可提供一定的設計參考。超密集小小區(qū)網(wǎng)絡和多天線技術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,降低能耗成為了實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑,因此我們必須關注AEE問題。但同時,頻譜資源的稀缺性也決定了我們在關注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,仿真結果證實,該算法收斂速度快,在實現(xiàn)了AEE最大化的同時也能實現(xiàn)ASE的優(yōu)化,即實現(xiàn)了ASE和AEE的聯(lián)合優(yōu)化設計。
【學位單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TN929.5
【部分圖文】：

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

頻段資源越來越稀缺，全頻率復用已經(jīng)成為了多層共存的蜂窩異構征[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。由于層間以及層內干擾的存在抵消了頻率復用帶增益，因此通信的服務質量也大打折扣。為了研究基站協(xié)同以及干需要對干擾進行合理的建模。建模是一種對新技術進行評估的高效途域的發(fā)展進程中，一個新技術從提出到真正應用少不了建模評估這不對新技術進行謹慎合理的建模評估將會產(chǎn)生巨大的風險，因為每正應用需要投入大量的人力物力來進行軟硬件上的改進，如果建模就進行大規(guī)模的應用，很可能發(fā)生新技術的性能增益還不如預期甚后果，從而產(chǎn)生重大損失。所謂合理是指模型精確且復雜度不高，了一定的精確度的要求，評估的結果才具有參考價值，同時模型復保證評估的高效性，這往往要求我們根據(jù)現(xiàn)有的計算機運算能力對的精簡。因此建模的關鍵就是要在高精確和低復雜之間進行折中選準確又方便的模型。除了需要對干擾進行建模研究，小小區(qū)網(wǎng)絡其比如系統(tǒng)容量、頻譜效率、中斷概率等的分析都依賴于建模。

圖 2-2 齊次泊松點過程和泰森多邊形模型Fig.2-2 Homogeneous poisson point process and thiessen polygon model.2 隨機幾何理論基礎.2.1 空間點過程在無線通信網(wǎng)絡中，網(wǎng)絡性能與用戶和節(jié)點的分布存在密不可分的關系，點的位置通常是根據(jù)區(qū)域所需流量大小進行不規(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)點都具有不確定性，這時就需要間點過程來描述這一場景。空間點過程最初應用于航天醫(yī)學和空間生物工程科，后來使用范圍慢慢擴大，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 60 年代以前，點過程的研究還比較原始，主要是一維的點過程。代以后，對點過程的研究慢慢拓展到多維空間，逐漸發(fā)展形成了空間點過程論�？臻g點過程可以劃分為以下三類：（1）空間中點的位置隨機分布，點與點之間不存在任何關聯(lián)性，比如文本小區(qū)和用戶建模將采用的 HPPP；
【參考文獻】

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

本文編號：2841415