【摘要】：隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展,各類無線通信業(yè)務(wù)出現(xiàn)爆炸式的增長(zhǎng),這不斷地對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)容量提出新的挑戰(zhàn)。第三代合作伙伴項(xiàng)目(3GPP)在LTE長(zhǎng)期演進(jìn)規(guī)范(LTE-A)中提出,在宏蜂窩中部署包括微蜂窩,微微蜂窩,家庭基站及中繼節(jié)點(diǎn)在內(nèi)的各種低功率節(jié)點(diǎn),以形成異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò),從而通過增大頻譜復(fù)用以增加無線網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。然而,由于頻譜共享與地域重疊,干擾資源管理成為了異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中亟待解決的問題。首先,網(wǎng)絡(luò)中的干擾導(dǎo)致了多類業(yè)務(wù)之間的相互耦合的資源分配,這對(duì)區(qū)分業(yè)務(wù)特征的資源管理提出了新的挑戰(zhàn)。其次,干擾的累積性與不對(duì)稱性導(dǎo)致了復(fù)用資源單元上不同的速率,所以用較低的復(fù)雜度較準(zhǔn)確的獲得干擾對(duì)速率的影響是進(jìn)行有效公平資源分配的關(guān)鍵問題。再次,干擾對(duì)齊等多種傳輸模式的出現(xiàn)增大了干擾管理的復(fù)雜性,進(jìn)一步提高了資源管控的難度。因此,本文將圍繞異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的干擾資源管理問題展開研究。本文以在干擾管理下增大頻譜復(fù)用為切入點(diǎn),首先研究了異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的多業(yè)務(wù)資源分配問題,其次研究了干擾控制下的用戶公平資源分配問題,最后研究了聯(lián)合干擾對(duì)齊的資源分配問題。在國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“無線網(wǎng)絡(luò)的干擾管理與容量研究”(61231008),國(guó)家973重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃課題“智能的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)資源管理模型與控制機(jī)制研究”(2009CB320404),“高等學(xué)校創(chuàng)新引智計(jì)劃基金資助項(xiàng)目”(B08038),“國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室專項(xiàng)基金”(ISN1002005,ISN090305),長(zhǎng)江學(xué)者和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)發(fā)展計(jì)劃(IRT0852)的共同資助下,本文對(duì)異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的干擾資源管理問題進(jìn)行了深入的研究,具體內(nèi)容如下:1、研究了基于分層沖突圖的聯(lián)合干擾避免的多業(yè)務(wù)資源分配算法。為了在干擾消除的基礎(chǔ)上增大資源的復(fù)用以提高資源效率,根據(jù)用戶的最小接收信干噪比門限,算法將網(wǎng)絡(luò)細(xì)致的劃分為每個(gè)基站所對(duì)應(yīng)的干擾區(qū)域,根據(jù)被干擾用戶是否位于基站的干擾區(qū)域來確定資源分配時(shí)是否需要避免資源的沖突復(fù)用。一方面,方案保障了宏小區(qū)中的恒定比特率業(yè)務(wù)的最低要求。另一方面,為了區(qū)分網(wǎng)絡(luò)中的多類業(yè)務(wù),在優(yōu)先為恒定比特率業(yè)務(wù)分配的前提下,盡力改善非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的性能。綜合以上考慮,將上述資源分配問題建模為一個(gè)多目標(biāo)優(yōu)化問題。為了實(shí)現(xiàn)在干擾實(shí)時(shí)變化的實(shí)際系統(tǒng)中對(duì)問題進(jìn)行求解,本章提出了一個(gè)基于分層沖突圖的低復(fù)雜度算法。仿真結(jié)果證明,與已有算法相比,所提出算法不僅在保障宏小區(qū)的業(yè)務(wù)滿意率的基礎(chǔ)上改善了家庭基站業(yè)務(wù)的滿意率,并且在多業(yè)務(wù)的場(chǎng)景下,可以提高實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)的滿意率和改善非實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。2、研究了基于干擾受限沖突圖的用戶公平資源分配策略。為了提高資源利用率,策略中在對(duì)干擾進(jìn)行限制的條件下允許多條鏈路復(fù)用資源。首先,將資源分配問題建模為物理干擾模型下的用戶公平分配最優(yōu)化問題。其次,為了以較低的復(fù)雜度較準(zhǔn)確的獲得干擾對(duì)速率的影響,本章提出一個(gè)基于干擾受限沖突圖的低復(fù)雜度解法,其中,干擾受限沖突圖的構(gòu)造過程中考慮了干擾的累積性和不對(duì)稱性對(duì)速率帶來的影響。這種設(shè)計(jì)有益于得到接近于物理干擾模型最優(yōu)解的次優(yōu)解。仿真結(jié)果說明所提出的策略可以有效地改善用戶公平性。3、研究了基于轉(zhuǎn)化沖突圖的聯(lián)合干擾對(duì)齊的資源分配策略。為了有效地消除干擾和提升網(wǎng)絡(luò)性能,本部分研究以最大化家庭基站網(wǎng)絡(luò)中滿意用戶數(shù)目為目標(biāo),提出聯(lián)合干擾對(duì)齊的最優(yōu)化資源分配問題。對(duì)于一個(gè)家庭基站網(wǎng)絡(luò),入選的干擾對(duì)齊組合內(nèi)部的干擾是通過將干擾對(duì)齊到干擾子空間來進(jìn)行消除的,而其他的干擾是通過子信道分配來進(jìn)行消除的。為了求解該問題,提出一個(gè)低復(fù)雜度的基于轉(zhuǎn)化沖突圖的三階段求解方案。首先,確定從干擾圖到轉(zhuǎn)化沖突圖的轉(zhuǎn)化規(guī)則,此規(guī)則既考慮了干擾對(duì)齊對(duì)組合自由度的提升,又考慮了干擾對(duì)齊對(duì)參與用戶額外信號(hào)維度的占用。其次,基于對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞姆治?給出一個(gè)增加網(wǎng)絡(luò)中滿意用戶數(shù)的可行干擾對(duì)齊組合的選擇準(zhǔn)則。最后,基于構(gòu)造的轉(zhuǎn)化沖突圖與可行干擾對(duì)齊組合的選擇結(jié)果,提出一個(gè)使用改進(jìn)的最大K可染色子圖問題算法的子信道分配策略。仿真證明,所提出的算法不僅能夠在小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中得到近似解,而且可以在密集部署場(chǎng)景中有效地改善用戶的滿意率。4、研究了聯(lián)合干擾對(duì)齊的用戶公平資源分配策略。針對(duì)異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中用戶能否參與干擾對(duì)齊帶來的消除干擾的能力差異的問題,本部分研究中提出一個(gè)基于轉(zhuǎn)化沖突圖的聯(lián)合干擾對(duì)齊的用戶公平資源分配問題。為了以較低的復(fù)雜度進(jìn)行求解該問題,本部分提出一個(gè)基于圖論的策略。方案中提出改善用戶公平性的可行干擾對(duì)齊組合選擇準(zhǔn)則,并對(duì)相關(guān)性質(zhì)進(jìn)行了證明。仿真結(jié)果證明,所提出策略不僅可以在小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中近似最優(yōu)解,而且在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中可以改善用戶的公平性。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN929.5

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本文編號(hào)：2788510