本文選題：LTE-U + LTE和WiFi共存��； 參考：《浙江大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：近年來,隨著智能無線通信設(shè)備的普及和蜂窩移動通信技術(shù)的發(fā)展,人們對大容量、高速率和高質(zhì)量移動通信的需求也急速增長。免許可頻段長期演進(Long Term Evolution-Unlicensed,LTE-U)技術(shù)被工業(yè)界和學(xué)術(shù)界一致認為是滿足這些需求的下一代蜂窩移動通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。LTE-U技術(shù)將許可頻段中較成熟的長期演進(Long TermEvolution,LTE)技術(shù)用于頻帶更寬、更空閑的免許可頻段中。其目的是用大量免許可頻段輔助數(shù)量有限的許可頻段,借此大幅增加可用帶寬,并在保證電信級服務(wù)品質(zhì)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)高傳輸速率、低費率、高可靠的通信。然而,具有巨大潛力的LTE-U技術(shù)也面臨一系列的難題,主要包括:(1)與已在免許可頻段上的網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備,特別是使用最廣泛的無線保真(Wireless Fidelity,WiFi)網(wǎng)絡(luò)友好共存的難題;(2)與WiFi網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)融合的難題;(3)免許可頻段資源分配優(yōu)化的難題。本論文針對上述三個難題展開了深入研究。首先,本文研究了 LTE-U與已在免許可頻段上的WiFi系統(tǒng)的共存問題。由于LTE系統(tǒng)是中央控制的,其介質(zhì)訪問控制(Media AccessControl,MAC)層采用免競爭的協(xié)議,具有高效且貪婪的特點。而WiFi系統(tǒng)是分布式的,其MAC層采用基于分布式控制功能(Distributed Coordination Function,DCF)的競爭協(xié)議,具有簡單但資源容易被占用的特點。為使LTE-U和WiFi能和平共處,本文首先提出了一種新型混合接入節(jié)點(Hyper-Access Point,HAP),它集成了傳統(tǒng)LTE系統(tǒng)小基站(Small cell Base Station,SBS)和WiFi系統(tǒng)接入點的功能,并由蜂窩網(wǎng)絡(luò)運營商部署�；贖AP,本文創(chuàng)立了將LTE-U傳輸嵌套在WiFi點協(xié)調(diào)功能(Point Coordination Function,PCF)協(xié)議中的方法。在PCF協(xié)議中,一個幀分為非競爭階段(Contention Free Period,CFP)和競爭階段(Contention Period,CP),其中CFP分配給LTE-U用戶使用,而CP分配給傳統(tǒng)的WiFi用戶使用。該方法具有中央控制以及LTE-U和WiFi干擾避免的優(yōu)勢,能有效提高LTE-U系統(tǒng)的吞吐量和免許可頻段的利用率。其次,本文研究LTE-U與WiFi網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)融合的實現(xiàn)和策略問題。LTE-U和WiFi具有截然不同的系統(tǒng)特征,異構(gòu)融合不是一個網(wǎng)絡(luò)取代另一個網(wǎng)絡(luò),而是通過有效利用兩網(wǎng)絡(luò)的不同優(yōu)勢,提高資源利用率,改善用戶服務(wù)體驗。本文從理論上比較了移動業(yè)務(wù)卸載(Traffic offloading)和資源共享(Resource sharing)兩種模式下LTE-U系統(tǒng)的吞吐量性能,證明了當WiFi用戶數(shù)較少時,采用業(yè)務(wù)卸載能獲得較好的性能;而當WiFi用戶數(shù)較多時,采用資源共享則性能更好。本文進而提出了一種混合模式,LTE-U系統(tǒng)將一部分業(yè)務(wù)卸載到WiFi系統(tǒng),同時占用WiFi原有資源中的一部分,并從理論和仿真中證明了混合模式總能確保較大的LTE-U系統(tǒng)吞吐量。此外,本文還創(chuàng)新性地提出了一種不同于傳統(tǒng)業(yè)務(wù)卸載的思路,提出將部分WiFi業(yè)務(wù)卸載到LTE-U系統(tǒng),并將WiFi所使用的免許可頻段部分地出讓給頻譜利用率更高的LTE-U系統(tǒng)使用的方法。證明了該思路下LTE-U和WiFi系統(tǒng)的雙贏是可實現(xiàn)的,并給出了用戶卸載和資源分配的閉式最優(yōu)解。最后,本文討論了免許可頻段的資源分配優(yōu)化問題。本文分別以提升LTE-U系統(tǒng)頻譜效率和能量效率為目標,研究了免許可頻段在LTE-U和WiFi系統(tǒng)中的資源管理和優(yōu)化方法。研究結(jié)果表明,LTE-U系統(tǒng)頻譜效率會隨著免許可頻段資源數(shù)而增加,但占用過多的免許可頻段資源將導(dǎo)致WiFi系統(tǒng)性能惡化。為均衡兩系統(tǒng)的性能,本論文通過納什均衡方法(Nash Bargaining Solution,NBS)設(shè)計一種能確保公平性的資源分配優(yōu)化方案,同時給出了 LTE-U系統(tǒng)免許可頻段資源數(shù)的閉式解。由理論分析還發(fā)現(xiàn)使用更多的免許可頻段資源雖然可以提升系統(tǒng)傳輸速率,但是并不一定能夠提高系統(tǒng)的能量效率。因此,論文推導(dǎo)了一個是否使用免許可頻段的判決準則,并設(shè)計了使系統(tǒng)能量效率最大的最優(yōu)資源分配算法。本論文的探索和研究成果為分析設(shè)計更復(fù)雜的LTE-U系統(tǒng)提供了理論基礎(chǔ),也為LTE-U在第五代(The 5th Generation,5G)蜂窩移動通信中的應(yīng)用提供了理論支撐和有效的技術(shù)方案。
[Abstract]:In recent years , with the popularization of intelligent wireless communication equipment and the development of cellular mobile communication technology , the demand of high - capacity , high - speed and high - quality mobile communication has increased rapidly . Point Coordination Function,PCF)鍗忚涓殑鏂規(guī)硶.鍦≒CF鍗忚涓，

本文編號：1777641