【摘要】：隨著移動數(shù)據(jù)和聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的爆炸性增長,傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不能夠滿足未來通信的需求。具有自組織功能的空地通信網(wǎng)絡(luò)作為一種新興的無線接入手段,在數(shù)據(jù)傳輸速率、覆蓋范圍、服務(wù)質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性和魯棒性等方面有著巨大的優(yōu)勢,被認為是繼地面移動網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)之后的另一個具有廣泛用途和廣闊發(fā)展前景的無線通信系統(tǒng)。然而,由于當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)朝著密集化和異構(gòu)化方向發(fā)展,且網(wǎng)絡(luò)中大量的節(jié)點具有自組織性、隨機性以及時變性等特點,使得通過傳統(tǒng)的系統(tǒng)級仿真方法對空地通信網(wǎng)絡(luò)進行評估變得異常復(fù)雜�；诖�,本文重點研究使用終端直通技術(shù)(Device-to-Device,D2D)的地面自組織通信網(wǎng)絡(luò)以及使用無人機輔助的空地自組織通信網(wǎng)絡(luò),并利用隨機幾何相關(guān)理論進行建模并分析不同網(wǎng)絡(luò)場景下的關(guān)鍵性能指標(biāo),最終給出性能解析式。本文主要研究內(nèi)容包含以下三個部分:一、提出了基于D2D鏈路與蜂窩鏈路的多跳混合異構(gòu)地面通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),并對網(wǎng)絡(luò)性能進行解析和優(yōu)化。本研究提出了一種在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中通過部署使用D2D通信進行兩跳傳輸連接到基站的組網(wǎng)方法來卸載基站流量和提高網(wǎng)絡(luò)性能。首先,給出使用兩跳通信來增強小區(qū)用戶體驗質(zhì)量(Quality of Experience,QoE)的方法,并通過仿真實驗給出所提出組網(wǎng)方法在用戶QoE上的提高。之后,分析隨機信道分配和順序信道分配兩種頻譜分配方式對網(wǎng)絡(luò)性能的影響,并利用隨機幾何理論工具分別進行網(wǎng)絡(luò)性能分析與解析,得到網(wǎng)絡(luò)覆蓋率和平均可達速率關(guān)鍵指標(biāo)的解析式。最后,給出網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)化配置部署方案。研究表明,所提出的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在增強網(wǎng)絡(luò)性能方面有著巨大的優(yōu)勢,可以顯著地增強網(wǎng)絡(luò)覆蓋率,在低信號干擾比(Signal to Interference Ratio,SIR)要求的網(wǎng)絡(luò)場景中效果更加顯著。二、提出在受災(zāi)區(qū)域中部署使用多個無人機進行空地協(xié)同組網(wǎng)的方案,并利用隨機幾何理論工具對網(wǎng)絡(luò)進行建模,分析網(wǎng)絡(luò)覆蓋率和平均可達速率性能指標(biāo)。由于多無人機網(wǎng)絡(luò)中存在巡航飛行的無人機,本研究考慮更為真實場景中的信道建立過程,并引入平均信道延遲的概念。通過對移動無人機網(wǎng)絡(luò)特征進行刻畫和描述,進一進步分析無人機移動性對網(wǎng)絡(luò)性能產(chǎn)生的影響。在此基礎(chǔ)上,推導(dǎo)出地面用戶的覆蓋率和平均可達速率的解析式。研究發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)性能與無人機飛行高度、飛行速度、發(fā)射功率以及地面用戶密度密切相關(guān)。最后,通過仿真結(jié)果驗證了理論結(jié)果的有效性,并給出網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)化部署方案。三、研究在窄帶物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中,部署使用多無人機作為邊緣計算平臺進行空地組網(wǎng)的解決方案�；谇捌谔岢龅亩酂o人機網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及平均接入延遲的概念,本研究針對無人機之間共享頻譜信道的資源分配方式進行網(wǎng)絡(luò)建模和分析。通過分析存在同頻干擾情況下無人機移動性對網(wǎng)絡(luò)性能產(chǎn)生的影響,對網(wǎng)絡(luò)覆蓋率和平均可達速率的關(guān)鍵性能指標(biāo)進行解析,并給出相應(yīng)的表達式。之后通過系統(tǒng)仿真對該理論結(jié)果有效性進行了驗證,并給出了網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)化配置方案。最后,通過仿真實驗分別對部署多個巡航飛行無人機以及兩個懸停無人機的網(wǎng)絡(luò)場景性能指標(biāo)進行分析和對比,結(jié)果表明通過盲目增加無人機數(shù)量來增強網(wǎng)絡(luò)性能是不可取的。
【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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5 劉e，

本文編號：2640945