無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)作為移動通信系統(tǒng)發(fā)展的重要產(chǎn)物,被認為是滿足指數(shù)級增長的用戶數(shù)據(jù)速率需求的重要技術(shù)之一,也是顯著提升網(wǎng)絡(luò)覆蓋與網(wǎng)絡(luò)容量的主要力量。在低頻段頻譜資源緊缺的現(xiàn)狀下,頻譜共享成為無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的主要資源復(fù)用形式。然而,隨著接入節(jié)點數(shù)量的井噴式增長以及低功率節(jié)點的密集部署,一方面頻譜共享帶來的低功率節(jié)點之間的同層干擾和低功率節(jié)點與宏蜂窩之間的跨層干擾愈發(fā)嚴重,嚴重違背了無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)作為支撐數(shù)據(jù)速率需求日益增長的初衷;另一方面,引發(fā)網(wǎng)絡(luò)能耗速率飛快上升,從而導(dǎo)致無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的電力成本成為制約運營商利潤空間的主要因素。而資源管理技術(shù)作為無線移動網(wǎng)絡(luò)發(fā)展過程中的重要研究課題,在實現(xiàn)無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)高效通信中起著決定性的作用。因此,有望成為解決上述干擾問題和能耗問題的重要技術(shù)手段。本文圍繞無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)面臨的干擾問題和能耗問題,針對Small cells無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)場景和中繼節(jié)點無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)場景,從頻域、時域、空域、功率域的角度研究一維或多維資源分配方案。具體研究成果歸納如下:(1)基于干擾協(xié)調(diào)的頻譜共享方案針對Small cells無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)場景中頻譜共享面臨的跨層干擾問題和同層干擾問題,考慮到跨層干擾減輕與Small cells容量提升以及同層干擾減輕與無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)容量提升之間的矛盾,研究均衡跨層干擾與Samll cells容量以及同層干擾與無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)容量的有效折衷,提出了基于跨層干擾的頻譜共享方案和基于同層干擾的頻譜共享方案,結(jié)合多目標優(yōu)化理論,建立了最小化最大跨層干擾與最大化Small cells容量和最小化同層干擾與最大化無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)容量兩個多目標優(yōu)化模型,并利用啟發(fā)式算法求解獲得其對應(yīng)的折衷解。仿真結(jié)果表明,上述方案在保證Small cells用戶傳輸速率最小需求的條件下,實現(xiàn)了頻譜復(fù)用增益與干擾協(xié)調(diào)增益兩者之間的折衷。(2)基于能效優(yōu)化的資源分配方案針對Small cells無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)場景中頻譜共享面臨的干擾問題和能耗問題,研究基于懲罰項的多項式和基于比值的能耗速率比率兩種能效度量標準,并從干擾協(xié)調(diào)的角度,提出了基于干擾價格的能效功率分配和基于休眠策略的能效資源聯(lián)合優(yōu)化方案。結(jié)合宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)能效目標提升和Small cells能效目標的提升之間的沖突性,以及Small cells系統(tǒng)能效目標提升和跨層干擾目標降低之間的沖突性,建立上述能效優(yōu)化方案的多目標優(yōu)化模型,利用啟發(fā)式算法獲得了上述優(yōu)化模型的折衷解。仿真結(jié)果表明,通過建立的動態(tài)干擾價格機制,可以有效控制跨層干擾,實現(xiàn)宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)能效的提升以及網(wǎng)絡(luò)總能耗的降低。另外,結(jié)合休眠策略的頻譜、功率等資源的聯(lián)合優(yōu)化能夠有效實現(xiàn)跨層干擾的減輕以及Small cells容量的提升。(3)基于用戶體驗質(zhì)量的資源分配方案針對部署中繼節(jié)點的無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)場景中頻譜共享面臨的能耗和用戶體驗問題,以及接入鏈路和回程鏈路性能傳輸?shù)钠款i問題,首先研究中繼蜂窩網(wǎng)絡(luò)場景允許用戶選擇傳輸模式,以獲得中繼節(jié)點部署個數(shù)的優(yōu)化,進一步結(jié)合接入鏈路和回程鏈路頻譜資源和功率分配,實現(xiàn)接入鏈路和回程鏈路多維資源的聯(lián)合優(yōu)化;其次針對中繼協(xié)作系統(tǒng)允許協(xié)作傳輸兩個階段共享不同數(shù)量的子載波,研究多載波的配對與分配,并結(jié)合中繼選擇與功率分配,形成了多維資源的聯(lián)合優(yōu)化�？紤]到多維資源聯(lián)合優(yōu)化的求解的緊耦合性,以及網(wǎng)絡(luò)能耗降低與用戶體驗質(zhì)量提升的矛盾性,建立多目標優(yōu)化模型,并利用啟發(fā)式算法,獲得均衡網(wǎng)絡(luò)性能與用戶性能的折衷解。仿真結(jié)果表明,提出的基于用戶體驗質(zhì)量的資源聯(lián)合優(yōu)化分配方案,可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)用戶體驗質(zhì)量提升以及網(wǎng)絡(luò)能耗降低的有效折衷。(4)混合能源供能的資源分配方案針對部署中繼節(jié)點的無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)場景中頻譜共享面臨的能耗問題以及傳輸速率公平性問題,研究中繼節(jié)點在可再生能源供電模式下的頻譜和功率資源的聯(lián)合優(yōu)化分配。而且,考慮到可再生能源供電的不穩(wěn)定性,研究用戶傳輸模式選擇,一方面保證用戶服務(wù)的可靠性傳輸,另一方面,增加了資源優(yōu)化的維度與自由度。并考慮系統(tǒng)公平性能效提升與可再生能源利用提升的雙重目標,結(jié)合多目標優(yōu)化理論以及啟發(fā)式算法求解獲得目標均衡解。仿真結(jié)果表明,提出的資源分配方案能夠?qū)崿F(xiàn)用戶α公平性傳輸速率的同時,提升可再生能源利用率,從而獲得電網(wǎng)能耗的降低。
【學(xué)位單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN929.5
【部分圖文】：

１?＝：：二二二二＾，：１?＝??２０１７?年?２０１８?年?２０１９?年?２０２０年?２０２１?年?２０２２?年??圖１－１?Ｃｉｓｃｏ公司預(yù)測的移動數(shù)據(jù)量增長趨勢圖??Ｆｉｇ．?１－１?Ｔｒｅｎｄｓ?ｉｎ?ｍｏｂｉｌｅ?ｄａｔａ?ｇｒｏｗｔｈ?ｆｏｒｅｃａｓｔ?ｂｙ?Ｃｉｓｃｏ??人們發(fā)現(xiàn)在傳統(tǒng)的宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，通過部署低功率節(jié)點，可以有效增強“盲??點”地區(qū)的覆蓋率，大幅提升網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率。另一方面，從移動業(yè)務(wù)的分布角度，??來自美國研宄公司ＡＲＩ?Ｒｅｓｅａｒｃｈ的調(diào)查表明，超過５０°／。的語音業(yè)務(wù)和７０％的數(shù)據(jù)??業(yè)務(wù)來自于室內(nèi)［９］。然而由于墻壁的遮擋等原因，即使是室外部署的大功率基站也??很難為室內(nèi)終端提供滿意的服務(wù)。通過在室內(nèi)信號覆蓋微弱的地方部署低功率節(jié)點，??可以有效解決室內(nèi)及“忙點”地區(qū)的覆蓋問題。因此，無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的革新被認為??是滿足網(wǎng)絡(luò)容量指數(shù)級增長需求的基礎(chǔ)［１（）］。圖１－２給出了一個典型的無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)??場景圖。如圖１－２所示，在原有宏蜂窩基站提供廣域覆蓋的基礎(chǔ)上，通過部署低功??率節(jié)點（Ｌｏｗ?ｐｏｗｅｒ?ｎｏｄｅｓ

耗問題的有效解決；另一方面，提升網(wǎng)絡(luò)側(cè)的頻譜效率、能量效率以及用戶側(cè)的體??驗質(zhì)量、公平性等性能指標。本文針對無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的資源分配方案展開了系統(tǒng)??的研究，整體的研宄內(nèi)容及框架如圖１－３所示，具體的研究成果包括：??（１）基于干擾協(xié)調(diào)的頻譜共享方案研宄??針對無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中宏蜂窩與Ｓｍａｌｌ?ｃｅｌｌｓ同頻組網(wǎng)模式下，網(wǎng)絡(luò)中存在的跨層??干擾和同層干擾問題，傳統(tǒng)的解決方案是以犧牲一部分頻譜資源效率為代價的�；�??于此，本文研究考慮資源共享時跨層干擾減輕與Ｓｍａｌｌ?ｃｅｌｌｓ容量提升之間的矛盾??以及同層干擾減輕與無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)容量提升之間的矛盾，提出了基于干擾協(xié)調(diào)的頻??譜共享方案。并結(jié)合多目標優(yōu)化理論，建立了最小化最大跨層干擾和最大化Ｓｍａｌｌ??ｃｅｌｌｓ容量以及最小化同層干擾和最大化無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)容量兩個多目標優(yōu)化模型；進??一步考慮網(wǎng)絡(luò)中各基站傳輸功率固定，則影響網(wǎng)絡(luò)同頻干擾的關(guān)鍵在于Ｓｍａｌｌ?ｃｅｌｌｓ??用戶的頻譜資源如何共享形成的子信道分配離散變量優(yōu)化問題，研宄基于啟發(fā)式算??法的多目標優(yōu)化問題求解

輕與Ｓｍａｌｌ?ｃｅｌｌｓ容量提升以及同層干擾減輕與無線異構(gòu)研究均衡跨層千擾與Ｓａｍｌｌ?ｃｅｌｌｓ容量以及同層干擾與無，提出了基于跨層干擾的頻譜共享方案和基于同層干擾優(yōu)化理論，建立了最小化最大跨層干擾與最大化Ｓｍａｌｌ?ｃｅ與最大化無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)容量兩個多目標優(yōu)化模型，并利應(yīng)的折衷解，從而獲得有效的頻譜共享方案。??型??－１所示，本章考慮一個宏蜂窩和多個Ｓｍａｌｌ?ｃｅｌｌｓ構(gòu)成的場景包含一個宏基站和尺個ＬＰＮｓ，并假設(shè)尤個ＬＰＮｓ它們共享同一段頻譜資源，帶寬為５，子信道數(shù)為Ｗ。ｃｒｏ?ｕｓｅｒｓ，?ＭＵＥｓ）個數(shù)為Ｆ且隨機分布，每個Ｓｍａｌｌ?ｃｅｌ丨中ｓ）個數(shù)為Ｆ且隨機分布。本章研究Ｓｍａｌｌ?ｃｅｌｌｓ下行鏈設(shè)所有的Ｓｍａｌｌ?ｃｅｌｌｓ都采用閉合接入的方式，共享宏蜂規(guī)定最小分配單位為子信道，這是由于每個子信道中各以假定是相同的，但每個子信道的衰落特性不一樣［￣。??
【參考文獻】

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1 賈亞男;岳殿武;;博弈論框架下認知小蜂窩網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)資源分配算法[J];電子學(xué)報;2015年10期

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3 周盛;龔杰;王曉磊;牛志升;;動態(tài)能量獲取下無線通信的能量管理與資源優(yōu)化[J];中國科學(xué):信息科學(xué);2012年10期

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1 李鈺潔;LTE Small Cell混合組網(wǎng)中移動負載均衡的研究[D];廈門大學(xué);2014年

本文編號：2839040