免许可频段LTE系统的频谱共享机制和QoS保障技术

发布时间：2021-12-31 08:37

　　将长期演进（Long Term Evolution,LTE）技术应用在免许可频段,即免许可频段LTE（LTE-Unlicensed,LTE-U）,可将基于中心化控制和扁平化结构的蜂窝移动通信技术和免许可频段资源相结合,从而突破无线频谱资源稀缺的瓶颈,缓解许可频段的通信传输压力,有效提高整个蜂窝移动通信网络的容量。但LTE-U技术的实用面临两大挑战:与免许可频段上已有的网络尤其是Wi-Fi公平共存的难题,在随机通断的免许可信道上运行时服务质量（Quality of Service,Qo S）保障困难。本论文对LTE-U与Wi-Fi的公平共存机制、LTE-U网络中的Qo S保障技术展开研究。为了LTE-U与Wi-Fi公平共存,即两个网络的用户能公平地接入和占用免许可信道、完成所需的传输,我们研究LTE-U网络的信道接入机制和资源分配。将该公平共存问题建模成面向两个网络的用户吞吐量比例公平的时间、功率和频谱资源联合分配问题,并将其解耦成两个子问题:面向所有用户信道占用时间比例公平的时间分配问题,面向LTE-U网络内部用户吞吐量比例公平的子载波和功率联合分配问题。进而提出两个网络的信道占用时间... 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：140 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
缩写、符号、术语表
1 绪论
    1.1 研究背景
        1.1.1 免许可频段的组网模式
        1.1.2 LTE-U网络的发展及应用
    1.2 LTE-U网络的主要技术挑战
        1.2.1 LTE-U与 Wi-Fi的共存难题
        1.2.2 LTE-U网络的QoS保障难题
    1.3 研究意内容与意义
        1.3.1 LTE-U网络与Wi-Fi网络公平共存方案设计
        1.3.2 移动宽带网络场景中LTE/LTE-U网络的选择问题
        1.3.3 LTE-U-IoT中面向边缘计算应用的任务调度
    1.4 论文的主要贡献和结构安排
2 与Wi-Fi网络公平共存的LTE-U网络信道接入机制和资源分配
    2.1 系统模型
    2.2 面向LTE-U用户和Wi-Fi用户吞吐量比例公平的资源分配
        2.2.1 使F_1(t_L,t_W)最大的LTE-U和 Wi-Fi两个网络间的时间资源分配
        2.2.2 使F_2(x_(k,n),p_n)最大的LTE-U网络内子载波和功率联合分配
    2.3 共存性能分析
        2.3.1 Wi-Fi用户基于DCF的信道接入过程及发包概率τW
        2.3.2 LTE-U网络的信道接入过程及信道占用概率τL
        2.3.3 Wi-Fi网络和LTE-U网络的相互作用
    2.4 仿真验证
        2.4.1 仿真参数设置
        2.4.2 信道占用时间比例
        2.4.3 LTE-U基站的最优退避窗长
        2.4.4 用户吞吐量及效用
        2.4.5 Wi-Fi/Wi-Fi共存和Wi-Fi/LTE-U共存对比
    2.5 本章小结
3 面向公平共存和高频谱利用率的NOMA-LTE-U网络信道接入机制和资源分配
    3.1 系统模型
        3.1.1 NOMA技术简介
        3.1.2 基于分组NOMA的混合式信道共享
    3.2 面向max-min公平的时间-功率资源分配
        3.2.1 最小发送总功率
        3.2.2 基于max-min的组内功率分配
        3.2.3 组间时间比例分配
        3.2.4 功率-时间比例联合分配的快速搜索算法
    3.3 仿真验证
        3.3.1 参数设置
        3.3.2 算法性能验证
    3.4 本章小结
4 LTE/LTE-U异构网络的用户接纳控制策略设计
    4.1 系统模型
        4.1.1 网络场景
        4.1.2 LTE-U SBS信道接入
    4.2 LTE-U SBS服务能力评估
    4.3 用户接纳控制的MDP模型
        4.3.1 状态空间——网络负载分布
        4.3.2 用户接纳决策空间
        4.3.3 状态转移概率函数——网络负载变化
        4.3.4 系统效用函数——不同区域不同信道上用户吞吐量对数和
        4.3.5 LTE/LTE-U异构网络的接纳策略
    4.4 接纳策略求解的集中式算法和分布式算法
        4.4.1 集中式算法
        4.4.2 分布式算法
    4.5 仿真验证
        4.5.1 仿真设置
        4.5.2 LTE-U SBS的服务能力
        4.5.3 接纳用户至LTE-U SBS的比例
        4.5.4 不同局部负载状态下接纳决策的离散度
        4.5.5 平均效用收敛过程
        4.5.6 两种算法下LTE MBS的接纳比例
        4.5.7 系统平均效用与用户新业务请求速率
        4.5.8 用户请求阻塞概率
    4.6 本章小结
5 LTE-U-IoT中面向边缘计算应用的计算调度和传输调度
    5.1 系统模型
        5.1.1 任务卸载决策和设备状态
        5.1.2 任务队列
        5.1.3 传输队列
        5.1.4 边缘计算等待模型
        5.1.5 任务完成时延
    5.2 任务调度策略建模
    5.3 基于深度强化学习的策略设计
        5.3.1 无约束下的调度策略学习
        5.3.2 有约束下的调度策略学习
    5.4 DQL实现算法的改进
    5.5 仿真结果
        5.5.1 仿真参数设置
        5.5.2 DQN预训练效果
        5.5.3 CDTSwc算法性能验证
    5.6 本章小结
6 总结与展望
    6.1 研究总结
    6.2 进一步研究方向
Appendix A 第5章相关定理证明
参考文献
攻读博士学位期间参研项目和主要成果
作者简历


【参考文献】：
期刊论文
[1]Radio Propagation and Wireless Coverage of LSAA-Based 5G Millimeter-Wave Mobile Communication Systems[J]. Haiming Wang,Peize Zhang,Jing Li,Xiaohu You.  中国通信. 2019(05)
[2]5G毫米波和超宽带信号的验证和测试[J]. 李峰.  电信网技术. 2015(05)
[3]第一代到第五代移动通信的演进[J]. 彭小平.  中国新通信. 2007(04)

博士论文
[1]LTE-U系统的随机接入和数据传输的机制设计与参数优化[D]. 袁建涛.浙江大学 2019
[2]免许可频段LTE和WiFi的共存、融合及优化[D]. 陈琪美.浙江大学 2017

硕士论文
[1]60GHz毫米波无线信道传输特性研究[D]. 刘盛尧.华北电力大学 2015



本文编号：3559950