本文關(guān)鍵詞：無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中資源優(yōu)化關(guān)鍵問(wèn)題研究

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【摘要】：隨著無(wú)線通信技術(shù)的迅速發(fā)展,無(wú)線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù)也在不斷進(jìn)行更新?lián)Q代。目前,基于傳統(tǒng)的宏蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)架構(gòu)下,移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商通常覆蓋一層低功耗的微蜂窩、同時(shí)支持終端直通(Device-to-Device,D2D)等新的無(wú)線接入方式,從而構(gòu)建高效的無(wú)線異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)不僅能夠?yàn)橐苿?dòng)用戶提供實(shí)時(shí)高效的無(wú)縫泛在無(wú)線接入、極大地提升網(wǎng)絡(luò)頻譜效率,同時(shí)能夠?yàn)楹攴涓C邊緣(即"盲區(qū)")以及熱點(diǎn)地區(qū)(即"忙區(qū)")等特殊區(qū)域中的移動(dòng)用戶提供穩(wěn)定可靠的服務(wù)質(zhì)量,并最終解決現(xiàn)有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中廣泛存在的"確定性的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力與時(shí)空動(dòng)態(tài)性、不均勻性的用戶通信需求"二者之間的矛盾。然而,構(gòu)建高效的無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)并實(shí)現(xiàn)對(duì)D2D模式的有力支持仍然面臨巨大挑戰(zhàn)。首先,異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中存在的嚴(yán)重層間干擾問(wèn)題限制了網(wǎng)絡(luò)頻譜效率的有效提升;其次,移動(dòng)業(yè)務(wù)量潮汐效應(yīng)的存在嚴(yán)重降低了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的能量效率;再次,D2D鏈路與蜂窩鏈路之間存在的負(fù)載不均衡問(wèn)題導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)資源(包括頻譜資源和能量資源)利用率的嚴(yán)重下降。針對(duì)上述難題,本論文緊密?chē)@無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的資源優(yōu)化問(wèn)題開(kāi)展研究,采取包括功率控制、頻譜共享、基站休眠、干擾管理等在內(nèi)的多種技術(shù)手段,對(duì)無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率與能量效率進(jìn)行優(yōu)化,最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)容量以及數(shù)據(jù)吞吐量的有效提升。論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)體現(xiàn)在以下三個(gè)方面:(1)改進(jìn)了現(xiàn)有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通常采用的"隨機(jī)用戶配對(duì)"模式,構(gòu)建了"基于用戶配對(duì)調(diào)度的非合作功率博弈"模型,相比傳統(tǒng)的"基于隨機(jī)配對(duì)模式"的功率博弈算法,所提出的模型充分考慮了用戶空間分集增益對(duì)系統(tǒng)容量的影響,分析宏蜂窩用戶與微蜂窩用戶二者之間地理位置的差異性,并借助于上述差異性所造成的用戶路徑損耗差異來(lái)求解一種最優(yōu)的用戶配對(duì)調(diào)度方式。在此基礎(chǔ)上,提出基于用戶配對(duì)調(diào)度的上行非合作功率控制博弈算法,有效地降低了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的層間干擾。(2)拓展了現(xiàn)有的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)能量效率優(yōu)化算法中通常采用的"單一維度優(yōu)化",深入分析"部分頻譜復(fù)用與基站休眠技術(shù)"的本質(zhì)特征,圍繞頻譜和基站密度這兩個(gè)維度進(jìn)行優(yōu)化,推導(dǎo)出"部分頻譜復(fù)用因子"和"宏/微蜂窩密度比"二者之間的閉式關(guān)聯(lián)屬性,并基于此提出了"聯(lián)合優(yōu)化基站休眠與部分頻譜復(fù)用"機(jī)制。該機(jī)制能夠保證在不損害異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)速率的前提下顯著降低網(wǎng)絡(luò)整體能耗,從而有效地提升無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的能量效率。(3)增強(qiáng)了D2D通信中的雙工模式,充分考慮全雙工D2D通信帶來(lái)的技術(shù)優(yōu)勢(shì),構(gòu)建了全雙工D2D通信中的非均勻泊松點(diǎn)分布干擾分析模型,推導(dǎo)出基于全雙工D2D的襯底式蜂窩網(wǎng)絡(luò)吞吐量上/下極限的閉式解。此外,提出了一種"動(dòng)態(tài)蜂窩鏈路質(zhì)量保護(hù)"機(jī)制,有效地解決了傳統(tǒng)蜂窩用戶與D2D用戶之間的負(fù)載不均衡問(wèn)題,顯著提升了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)用戶的服務(wù)質(zhì)量。綜上所述,本論文圍繞無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)化技術(shù)展開(kāi)深入研究,論文的主要貢獻(xiàn)包括:①提出了基于用戶配對(duì)調(diào)度的上行非合作功率控制博弈算法,實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)頻譜效率提升30%;②提出了基于部分頻譜復(fù)用和基站休眠的聯(lián)合優(yōu)化機(jī)制,實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)能量效率提升50%;③提出了動(dòng)態(tài)蜂窩鏈路質(zhì)量保護(hù)機(jī)制,有效地解決了D2D襯底式蜂窩網(wǎng)絡(luò)中傳統(tǒng)蜂窩用戶與D2D用戶之間廣泛存在的負(fù)載不均衡問(wèn)題。上述研究成果為進(jìn)一步提升未來(lái)無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)資源利用率與系統(tǒng)容量提供重要的理論依據(jù)和技術(shù)支撐。
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN929.5

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6 李R，

本文編號(hào)：1281150