高效超密集蜂窝网络理论研究

发布时间：2020-04-01 04:46

【摘要】：随着急剧增长的无线数据业务和不断增加的用户移动设备,运营商提出部署超密集异构蜂窝网络来满足用户增加的数据业务需求,并提高网络容量。在紧缺的频谱资源和能量资源的约束下,网络频谱效率、能量效率和经济效率成为运营商在运营网络时所关注的三个重要方面。为进一步提升网络容量以及更好地利用现有无线资源,研究者们考虑在蜂窝网络中引入设备间直连(D2D,Device-to-Device)通信技术来有效地卸载蜂窝网络数据业务并缓解基站业务压力。如何系统地进行网络规划、理论模型分析以及参数优化,使得超密集异构蜂窝网络能够高效地运行,已经成为业界重要的研究方向。本文首先介绍了高效超密集蜂窝网络的研究背景和研究意义,并对超密集小蜂窝网络和D2D通信技术做了相关介绍。针对超密集蜂窝网络中的业务卸载问题,本文随后讨论了利用D2D通信技术进行超密集蜂窝网络业务卸载的应用前景,并对运营商实际实施方案做了简要概述。之后,对评估无线通信网络性能的网络经济效率和网络能量效率做了相关介绍。然后,本文从网络经济效率的角度出发,考虑了运营商激励D2D发送者给附近其它用户共享流行内容的场景。利用随机几何工具将基站、用户、D2D发送者的空间分布抽象为二维点过程。分析了网络中不同层之间的干扰对蜂窝链路及D2D通信性能的影响,以及共享内容流行度对卸载蜂窝用户数的影响。得到了在满足用户一定数据速率要求的条件下,基站和D2D发送者的最小发送功率,以及网络经济效率的闭式表达式。并且,本文利用两阶段斯塔克伯格博弈理论对运营商激励D2D发送者共享流行内容进行数学建模,分析了在D2D通信的两种工作模式下(复用模式和正交模式),运营商达到最大网络经济效率的最优激励策略和最优带宽分配方案。最后,本文从网络能量效率的角度出发,对基于无线供能驱动的D2D通信卸载蜂窝网络业务进行了建模与分析。考虑了蜂窝网络中基站对D2D发送者进行无线射频能量传输的场景,D2D发送者随后利用收集到的能量对其附近其它用户进行流行内容共享。本文利用随机几何工具有效地揭示了网络中无线能量传输和无线信息传输的内在关系,并得到了D2D发送者的平均发送功率、基站的最小发送功率、D2D用户的中断概率和蜂窝用户的中断概率。研究发现,通过优化无线能量传输时间分配因子,运营商可达到最大网络能量效率。根据仿真结果显示,通过在基站侧部署大规模天线以及在用户之间共享流行度更高的业务,网络能量效率可以得到进一步提升。
【图文】：

思科公司,数据业务,全球,小区

图 1.1 思科公司关于全球数据业务量预测[1]了满足更高更快的数据速率要求，研究者们提出了超密集蜂窝网络的概念，用户平均信干噪比基本不变的情况下，增加蜂窝小区数量。通过利用小区分扩展了小区内的单个用户在小区内享用的无线通信资源。因此，用户平均吞提高，并且小区边缘用户的信干比得到改善，提升了小区内用户总吞吐量。蜂窝小区数量这种方式已经在一些蜂窝通信技术演进中得到应用[2][3][4][5][6]。十年代，在第一代移动通信系统中，蜂窝小区的大小可以达到几百平方公里起，蜂窝小区的大小不断缩小，到现在城市地区内小区大小不到一平方公里在日本，基站之间的距离可以缩小到两百米左右，小区的良好覆盖范围可以之一平方公里左右。蜂窝网络在逐步演进，，并且包含一些更小的小区，例如只有一百米左右的微蜂窝和覆盖半径为几十米的微微蜂窝，以及一些类似于盖范围和容量但在中心站点具有自己的基带处理系统并且共享小区身份认式天线系统。

示意图,示意图,基站,信干比

西安电子科技大学硕士学位论文蜂窝网络不会对用户平均信干比(SIR)带来影响。这是由于，在增更大干扰的同时，用户到基站有用信号链路的距离也在不断减小，增加。从宏观角度可以发现，用户收到的干扰信号强度的增加和有恰好抵消，使得用户信干比保持不变。因此，从理论上讲，小蜂窝会带来用户信干比的牺牲，直到增加到每个基站只服务一个用户或就允许每个基站可以将其所有的通信资源只用来服务一个用户。图蜂窝网络的二维平面示意图，其中绿色小叉代表基站的地理位置，小区的范围。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.5

【相似文献】