LTE与HSPA异构网络融合的关键技术研究

发布时间：2019-09-20 16:39

【摘要】：由于技术的发展和业务需求的增长,多种无线接入技术共存演进导致了当前异构化的网络环境。不同的无线接入技术具有不同的特点,适用于不同的场景和业务。采用不同无线接入技术的异构无线网络的融合可以优势互补,增大覆盖范围,提高网络容量,被视为未来无线通信的发展趋势。因此异构网络的融合研究受到广泛关注。在众多的异构网络中,高速分组接入(High Speed Packet Access, HSPA)网络与长期演进(Long Term Evolution, LTE)网络是当前部署最为广泛最具发展潜力的移动网络,所以它们的融合亟待解决。HSPA采用码分多址接入(Code Division Multiple Access, CDMA)技术。LTE采用正交频分多址接入(Orthogonal Frequency Division Multiple Access, OFDMA)技术。两者均是由第三代合作伙伴(3rd Generation Partnership Project,3GPP)制定的B3G (Beyond3rd Generation)标准。LTE着重采用新技术,HSPA则着重后向兼容性,两者均沿着各自的方向继续演进。在技术上它们无法相互取代,在市场需求方面它们将在未来的无线网络中共存。虽然,通过统一的核心网可以实现它们在一定程度上的融合,但要满足未来异构无线网络发展的需求,则需要对它们在无线接入网侧做进一步的融合。本文的主要研究内容和贡献包括以下几个方面：首先,本文结合联合无线资源管理模式对LTE与HSPA的无线资源分配进行了研究。针对LTE与HSPA下行均采用自适应调制编码机制,本文以最大化系统吞吐量为目标,并以资源和用户的服务质量等作为限制条件将下行传输问题建模为线性优化问题。通过对比可行域的范围,本文证明了采用联合无线资源管理模式的异构网络的吞吐量性能优于没有融合的异构网络的吞吐量性能,并通过仿真进行了验证和分析。随后,本文对LTE与HSPA上行联合资源分配进行了研究。与下行不同,上行用于两个系统的功率由同一个用户终端提供,因此需要考虑功率分配问题。LTE采用单载波频分多址接入(Single-carrier Frequency-Division Multiple Access, SC-FDMA)方式,即靠频率来区分用户；HSPA上行为干扰受限,通过干扰门限来限制用户的功率分配。对于上行优化问题,本文以最大化系统吞吐量为目标,以LTE资源限制、HSPA干扰限制和用户的服务质量等作为限制条件将上行传输问题建模为凸优化问题。通过求解与分析,本文给出了一种分布式的资源分配算法。该算法分为终端执行部分和网络执行部分,并通过迭代方式实现对带宽和功率资源的优化分配。其次,本文对LTE与HSPA异构网络融合中的数据分流和视频业务调度进行了研究。首先,基于能够同时接收两个网络的终端,对LTE与HSPA基于无线接入网融合架构的数据分流问题进行了建模。该优化问题以最大化用户吞吐量为目标,以数据包大小为限制。通过图解法求解后得到结论,为了使用户在两个网络中的吞吐量最大需要保证用户数据包在两个网络中的传输时间相等。此外,本文还将该结论进行了推广,使其可以适用于多个异构网络融合的情况。根据上述结论,本文提出了基本分流算法和改进的自适应分流算法。随后,本文对异构融合网络中的视频业务调度进行了研究。本文提出了一种将数据分流与用户调度相结合的联合调度机制,并在调度过程中综合考虑了视频业务在两个网络中时延、瞬时速率等参数。第三,本文以增强传输控制协议(Transmission Control Protocol, TCP)性能为目标对LTE与HSPA联合传输机制进行了研究。无线网络环境中的TCP会将因无线信道变化引起的丢包误解为网络拥塞而导致性能恶化。以此为出发点,本文利用异构传输分集技术来提高传输可靠性并兼顾效率。本文分析了两种不同异构传输分集模式下的TCP发送速率。一种传输模式是在LTE与HSPA系统中发送相同的数据以提高可靠性；另一种传输模式是在LTE与HSPA系统中发送不同的数据以提高系统的效率。分析采用了跨层模型,结合了数据链路层的丢包率和重传次数。通过对这两种传输方式中TCP的性能进行对比,本文提出了一种混合传输分集方案。该方案可以根据用户的信道状况来为用户选择合适的异构传输分集技术。该方案能够在传输的可靠性和效率性方面达到很好的折中。最后,本文对论文的整体内容进行了全面总结回顾,提出了部分有待研究的问题,并对未来LTE与HSPA异构网络融合的工作和相关研究点进行了展望。
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN929.5

【参考文献】