超密集网络中基于分簇的无线网络资源分配技术研究
发布时间：2020-07-17 13:20
【摘要】：超密集网络通过密集部署小小区基站,能够极大地提高网络吞吐量,提高用户体验速率,实现小区的无缝覆盖,是第五代移动通信系统(The Fifth Generation Mobile Communication System,5G)的关键技术之一。然而,随着超密集网络中小小区基站数目的不断增加,网络拓扑变得复杂,基站管理变得困难,网络中的干扰也变得越来越严重,同时网络中的能源消耗也变得越来越多。如何有效地进行基站管理、抑制干扰以及合理分配网络资源,进而提高网络吞吐量、提高能量效率是本文的主要研究内容。本文的主要研究工作和成果如下:(1)研究了超密集网络中的网络分簇技术。针对超密集网络中大量小小区基站的随机分布,网络拓扑结构复杂的问题,提出了一种基于密度改进的K-means分簇算法,根据小小区基站的分布密度,将基站动态地划分到不同的簇中,实现对基站的有效管理和对网络拓扑结构的简化。(2)研究了基于分簇的网络资源分配方案。在超密集网络中,由于小小区基站的密集部署所带来的干扰问题成为限制系统吞吐量提升的主要因素。为此,本文提出通过分簇,将相互间干扰严重的小小区基站划分到同一个簇中,然后在簇中利用正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术分配相互正交的资源块(Resource Blocks,RBs)给用户来减少干扰,不同的簇则可以复用这些资源块的资源分配方案。同时本文提出一种基于贪婪算法改进的两阶段资源补偿分配算法,在兼顾用户公平性和用户服务质量(Quality of Service,QoS)的同时最大化网络吞吐量。(3)研究了基于重叠簇的网络资源分配方案。通过在簇内分配正交的资源块可以解决簇内干扰,但是簇间干扰仍然没有解决。针对这一问题,本文提出重叠簇的概念,允许两个相邻的簇存在部分重合,即允许一个簇的边缘基站加入另外一个簇从而形成重叠簇。在重叠簇中通过时分复用多址(Time Division Multiple Access,TDMA)技术解决由于复用相同的资源块带来的簇间干扰的问题。同时本文研究了网络能效优化的问题,通过将优化问题分解成资源块分配和功率分配的两个子优化问题,提出一种基于非合作博弈论的分布式迭代功率分配算法。仿真结果表明,该算法可以有效地提高网络能效。
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.5
【图文】：
图 2.1 超密集网络部署图这些小小区基站的发射功率很低，通常在在 10～100mW 之间，覆盖范围在 10～200m ，可支持的用户数一般不超过 10 人，允许用户的最大移动速度为 10km/h。微微蜂窝基以部署在服务需求密集的热点地区以增强信号覆盖，可以提供高速接入，提高蜂窝网络量，保证热点地区的 QoS。家庭基站基站具有成本低、功率低、易管理、能自动配置和等特点，大多部署在小小区、办公区等室内来增强室内的无线信号强度，提高室内的无号覆盖。中继处于宏基站和移动终端之间，可以作为二者的中间节点转发信号，同时支下行链路通信。中继的发射功率比较低，一般为 30dBm[23]。通过部署中继，可以改善移端的信号质量，提高如小区边缘、隧道或地下停车场等接收信号质量较差的覆盖区域服量。各类小区基站的区别如表 2.1 所示。表 2.1 各种小区基站的分类基站类型 发射功率（dBm） 覆盖范围(m) 部署区域 主要特点宏基站 46 1k～25k 室外较大范围内提供
于宏基站跟小小区基站、小小区与小小区基站间的距离相对来说比较远，扰抑制手段可以有效地解决小区内的干扰问题。但是在超密集网络中，小部署，使得基站间的距离变得越来越近，小区内的干扰的问题也变得越来越为制约超密集网络性能的主要因素。区网络与小小区网络并存的双层网络中，可以将干扰划分为两大类:跨层干本质上都是因为复用相同的频带资源而产生的同频干扰。扰是指处于同一层的小小区网络内的干扰。在超密集网络中，密集部署的很紧，当基站复用相同的频带资源给各自服务的用户时，小小区中的基站用户产生下行干扰。同样的，当小小区中用户设备在上行发射信号时也会站的上行干扰。超密集网络中的同层干扰场景如图 2.2 所示，其中链路 1 用户设备的下行通信链路，链路 2 表示相邻基站对用户产生的下行同层干户设备到小小区基站的上行通信链路，链路 4 表示相邻小小区中的用户设上行同层干扰。
务各自的用户时，小小区基站就会对附近的宏小区用户产生同频干扰。特宏小区边缘地带的时候，宏基站发送给宏用户的信号由于距离过远的原因用户往往接收到很弱的信号。如果该宏用户附近存在小小区并且该小小区一样的频带资源，就很有可能由于同频干扰使得宏用户无法正确接收宏基样地，在宏小区边缘的用户设备由于距离的原因往往会以高功率发射信号区用户设备的发射功率一般都很低，这样宏小区用户就会对相邻小小区用干扰。超密集网络中的跨层干扰场景如图 2.3 所示，其中链路 5、链路 6 分与小小区用户设备间的下行通信链路和宏基站与宏用户设备间的下行通信路 8 分别表示小小区基站对宏用户设备造成的下行跨层干扰和宏基站对小行跨层干扰；链路 9、10 分别表示小小区用户设备到小小区基站的上行通备到宏基站的上行通信链路，链路 11、链路 12 分别表示宏用户设备对小行跨层干扰和小小区用户设备对宏基站产生的上行跨层干扰。
本文编号：2759492
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.5
【图文】：
图 2.1 超密集网络部署图这些小小区基站的发射功率很低，通常在在 10～100mW 之间，覆盖范围在 10～200m ，可支持的用户数一般不超过 10 人，允许用户的最大移动速度为 10km/h。微微蜂窝基以部署在服务需求密集的热点地区以增强信号覆盖，可以提供高速接入，提高蜂窝网络量，保证热点地区的 QoS。家庭基站基站具有成本低、功率低、易管理、能自动配置和等特点，大多部署在小小区、办公区等室内来增强室内的无线信号强度，提高室内的无号覆盖。中继处于宏基站和移动终端之间，可以作为二者的中间节点转发信号，同时支下行链路通信。中继的发射功率比较低，一般为 30dBm[23]。通过部署中继，可以改善移端的信号质量，提高如小区边缘、隧道或地下停车场等接收信号质量较差的覆盖区域服量。各类小区基站的区别如表 2.1 所示。表 2.1 各种小区基站的分类基站类型 发射功率（dBm） 覆盖范围(m) 部署区域 主要特点宏基站 46 1k～25k 室外较大范围内提供
于宏基站跟小小区基站、小小区与小小区基站间的距离相对来说比较远，扰抑制手段可以有效地解决小区内的干扰问题。但是在超密集网络中，小部署，使得基站间的距离变得越来越近，小区内的干扰的问题也变得越来越为制约超密集网络性能的主要因素。区网络与小小区网络并存的双层网络中，可以将干扰划分为两大类:跨层干本质上都是因为复用相同的频带资源而产生的同频干扰。扰是指处于同一层的小小区网络内的干扰。在超密集网络中，密集部署的很紧，当基站复用相同的频带资源给各自服务的用户时，小小区中的基站用户产生下行干扰。同样的，当小小区中用户设备在上行发射信号时也会站的上行干扰。超密集网络中的同层干扰场景如图 2.2 所示，其中链路 1 用户设备的下行通信链路，链路 2 表示相邻基站对用户产生的下行同层干户设备到小小区基站的上行通信链路，链路 4 表示相邻小小区中的用户设上行同层干扰。
务各自的用户时，小小区基站就会对附近的宏小区用户产生同频干扰。特宏小区边缘地带的时候，宏基站发送给宏用户的信号由于距离过远的原因用户往往接收到很弱的信号。如果该宏用户附近存在小小区并且该小小区一样的频带资源，就很有可能由于同频干扰使得宏用户无法正确接收宏基样地，在宏小区边缘的用户设备由于距离的原因往往会以高功率发射信号区用户设备的发射功率一般都很低，这样宏小区用户就会对相邻小小区用干扰。超密集网络中的跨层干扰场景如图 2.3 所示，其中链路 5、链路 6 分与小小区用户设备间的下行通信链路和宏基站与宏用户设备间的下行通信路 8 分别表示小小区基站对宏用户设备造成的下行跨层干扰和宏基站对小行跨层干扰；链路 9、10 分别表示小小区用户设备到小小区基站的上行通备到宏基站的上行通信链路，链路 11、链路 12 分别表示宏用户设备对小行跨层干扰和小小区用户设备对宏基站产生的上行跨层干扰。
【参考文献】
相关期刊论文 前3条
1 孙雷;;通信机房节能技术[J];应用能源技术;2013年12期
2 步媛媛;关忠仁;;基于K-means聚类算法的研究[J];西南民族大学学报(自然科学版);2009年01期
3 孙吉贵;刘杰;赵连宇;;聚类算法研究[J];软件学报;2008年01期
本文编号：2759492
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