【摘要】：近年來,移動通信的數(shù)據(jù)量與設(shè)備數(shù)量都呈現(xiàn)爆炸式增長。為了滿足日益增長的無線通信需求,學(xué)術(shù)界和標(biāo)準(zhǔn)化組織已經(jīng)提出了多種前沿技術(shù)來提高數(shù)據(jù)傳輸速率,提升網(wǎng)絡(luò)容量,例如:密集異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò),大規(guī)模天線系統(tǒng),認(rèn)知微小區(qū)等。配置大規(guī)模天線的宏小區(qū)和密集微小區(qū)混合部署的異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)是滿足未來移動通信需求的主要技術(shù)手段之一。宏小區(qū)可提供大范圍或移動用戶的無線通信服務(wù)。微小區(qū)可以為局部熱點區(qū)域提供高速的數(shù)據(jù)傳輸。而且,密集部署的微小區(qū)可以在不同空間上復(fù)用相同的頻譜資源,這將大大提升異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)單位面積的頻譜效率。然而,由于宏小區(qū)與微小區(qū)使用相同的頻譜資源,宏小區(qū)與微小區(qū)之間的跨層干擾,微小區(qū)與微小區(qū)之間的同層干擾,是制約密集異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)部署的主要瓶頸。在傳統(tǒng)異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中,可以使用小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)(Inter-cell Interference Coordination,ICIC),增強型小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)(enhanced Inter-cell Interference Coordination,eICIC),進一步增強型小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)(Further enhanced Inter-cell Interference Coordination,FeICIC)和認(rèn)知無線電(Cognitive Radio,CR)等技術(shù)來避免小區(qū)間的干擾。然而,隨著大規(guī)模天線系統(tǒng)在宏基站上的應(yīng)用以及微小區(qū)的密集化部署,使得異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中的干擾場景出現(xiàn)了新的變化。首先,配置大規(guī)模天線的宏基站能夠通過波束賦形的方式將發(fā)射信號的能量集中于期望的用戶,其對微小區(qū)的跨層干擾主要集中于被調(diào)度宏用戶的周圍區(qū)域。其次,隨著微小區(qū)密度的不斷增加,每個宏用戶會受到來自多個微基站的干擾,微基站對宏用戶的跨層干擾成為制約網(wǎng)絡(luò)整體性能的重要影響因素。第三,網(wǎng)絡(luò)密度的不斷增加使微小區(qū)之間出現(xiàn)大量的交叉覆蓋,這將進一步加劇微小區(qū)之間的同層干擾,該干擾在微小區(qū)邊緣擴展的情況下尤為嚴(yán)重。鑒于此,本文從三個方面研究了異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)的干擾抑制技術(shù)。(1)為了避免微小區(qū)對宏用戶的強干擾,本文假設(shè)微基站具有認(rèn)知功能,其能夠偵測宏小區(qū)信道的占用情況并伺機接入。這樣,就會在被調(diào)度的宏用戶周圍形成干擾限制域(Exclusion Zone,EZ),干擾限制域中的微基站集合稱之為干擾微基站簇。盡管干擾限制域能夠保證宏用戶免受來自微基站的強干擾,但是犧牲了干擾限制域中微小區(qū)的性能。因此,每個干擾限制域中的宏用戶與微小區(qū)之間就存在性能折中�；诖�,本文提出了基于干擾限制域的兩層網(wǎng)絡(luò)性能折中的多用戶調(diào)度方法。該方法在設(shè)計宏小區(qū)的多用戶調(diào)度方案時,不僅考慮調(diào)度宏用戶為宏小區(qū)帶來的性能增益,同時也考慮由于調(diào)度宏用戶所引發(fā)的干擾限制域中微小區(qū)的性能損失。本文將宏小區(qū)的多用戶調(diào)度方法建模成網(wǎng)絡(luò)加權(quán)和速率最大化問題。由于不同干擾限制域之間可能存在相交的微基站,使建模的優(yōu)化問題的優(yōu)化變量之間相互耦合。因此,本文設(shè)計了干擾微基站簇分割技術(shù),將原問題分解為若干基于單個干擾限制域的子問題。最后,通過對每個子問題的求解,設(shè)計了貪婪迭代算法求出宏小區(qū)的調(diào)度多用戶集合。仿真結(jié)果顯示,本文所提的方法能夠在避免跨層干擾的前提下提升異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)的性能。(2)在密集異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中,合理設(shè)計微小區(qū)的用戶調(diào)度、發(fā)射預(yù)編碼或功率分配方案,不僅能夠優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能,而且能夠在一定程度上規(guī)避跨層干擾和同層干擾。然而,同時設(shè)計網(wǎng)絡(luò)中所有微小區(qū)的上述參數(shù)非常困難。本文提出了基于微小區(qū)用戶調(diào)度、發(fā)射預(yù)編碼和功率分配聯(lián)合設(shè)計的干擾管理方法,該方法在設(shè)計微小區(qū)的用戶調(diào)度、發(fā)射預(yù)編碼和功率分配方案時,不僅能夠約束微基站對宏用戶的最大跨層干擾,而且能夠通過干擾代價矩陣在一定程度上避免微小區(qū)之間的同層干擾,從而優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的整體性能。本文將上述三個參數(shù)的設(shè)計方法建模成多變量的最優(yōu)化問題。然而,該問題由于兩個原因而難以求解:1)它同時包含離散變量和連續(xù)變量;2)它是一個全局優(yōu)化問題,即優(yōu)化目標(biāo)是全體微小區(qū)對應(yīng)的參數(shù),在微小區(qū)密集部署時難以求解。因此,本文首先設(shè)計了一個輔助變量(本文稱之為發(fā)射參數(shù))來同時表征用戶調(diào)度、發(fā)射預(yù)編碼和功率分配方案,從而將多變量優(yōu)化問題等效為單變量優(yōu)化問題。然后,通過使用干擾代價矩陣將等效后的全局優(yōu)化問題分解為每個微小區(qū)求解自身發(fā)射參數(shù)的可解子問題,并明確了每個微小區(qū)設(shè)計發(fā)射參數(shù)時需要與周圍哪些基站交互何種信息。仿真結(jié)果表明,本方案性能優(yōu)于傳統(tǒng)單小區(qū)線性編碼與非線性編碼方案。而且,在密集網(wǎng)絡(luò)中能夠在少量協(xié)調(diào)信息的條件下獲得接近協(xié)同多點傳輸(Coordinated Multiple Points,CoMP)的性能。(3)異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中的干擾協(xié)調(diào)技術(shù)是抑制微小區(qū)與宏小區(qū)之間跨層干擾的重要手段。憑借大規(guī)模天線宏基站出色的空間特性,本文將eICIC的資源管理維度從時域擴展到空間域,將eICIC的使用范圍約束在干擾限制域中,提出了基于干擾限制域輔助的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)(Exclusion Zone assisted enhanced Inter-cell Interference Coordination,EZ-eICIC)技術(shù),該技術(shù)能夠為每個干擾限制域配置不同類型的子幀。同時,本文還設(shè)計了EZ-eICIC的配置方法。區(qū)別于當(dāng)前eICIC機制在時域資源的配置方法,該方法從空間維度為每個干擾限制域配置獨立的子幀類型。隨后,干擾限制域的子幀配置問題被建模為一個最優(yōu)化問題。通過對該問題的求解,本文推導(dǎo)出任意獨立干擾限制域中子幀配置的準(zhǔn)則。最后,依據(jù)該配置準(zhǔn)則設(shè)計了一種迭代算法,來求解網(wǎng)絡(luò)中每個干擾限制域的子幀配置結(jié)果。仿真結(jié)果顯示,本文設(shè)計的EZ-eICIC方法在密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的性能明顯優(yōu)于當(dāng)前的e ICIC方案和FeICIC方案。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN929.5

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本文編號：2588277