超密异构蜂窝网频谱效率与能量效率平衡研究
发布时间：2020-10-13 19:20
近几十年见证了移动通信网络的快速发展,由于新的移动设备数量的大幅增长,迫使移动数据流量需求呈指数式增长,我们需要为这些设备连接提供大量接入点。为了满足这些需求,我们可以在传统的单层宏蜂窝下部署各种类型的低功耗小基站,例如微基站,微微基站,家庭基站,然后增加这些基站的密度构成超密异构网络。超密异构网络作为5G的一项关键技术,不仅能够满足上述需求,还使得网络容量和无线资源利用率大幅度提升。然而,随着网络的密集化,必然会消耗更多的能量。因此,我们可以从基站部署角度出发,来提高网络的能量效率。此外,非正交多址接入技术可以大幅度提高系统的频谱效率,对系统的能量效率也有一定的影响。为此,本文以绿色通信为背景,以超密异构网络为研究对象,分别从基站部署角度和基于非正交多址接入技术,探讨了系统能量效率达到最大时的基站密度和用户数目。主要研究成果概括如下:首先,当基站分布服从独立的泊松点过程时,本文建立了下行双层超密异构网络模型,网络中用户分布也服从与各层基站独立的泊松点过程并且用户接入与之距离最近的基站。然后,在考虑层间干扰和层内干扰的情况下,基于随机几何分析了网络的性能并推导出了频谱效率和能量效率的表达式。本文的目标之一是从基站部署角度最大化系统的能量效率,因此,我们利用优化理论在频谱效率,基站密度,基站发射功率满足一定约束下最大化能量效率。仿真结果表明,在满足一定约束条件下可以找到能量效率最大时的基站密度,并且可以观察出频谱效率和能量效率随着基站密度的变化情况。把非正交多址接入技术应用于超密异构网络可以大幅度提高系统的频谱效率,也会对系统的能量效率产生一定的影响。因此,本文让用户以非正交多址接入的方式接入到下行双层超密异构网络中,在发送端基站侧利用叠加编码技术将信号发送给用户,在接收端用户侧利用连续干扰消除技术解码出各用户信号。在非正交多址接入和正交多址接入的情况下,分别分析了系统的能量效率。本文的另一目标是从用户数的角度最大化能量效率。因此,我们利用优化理论在各用户所分配到的功率满足一定约束下最大化能量效率。为了解决这一优化问题,我们提出了一种公平的功率分配算法为用户合理的分配功率以保证边缘用户的吞吐量。仿真结果表明,通过与正交多址接入相比,非正交多址接入可以提升系统的能量效率;并且通过与常用的部分功率分配算法相比,我们提出的功率分配算法更加公平。此外,宏基站的能量效率要远低于小基站的能量效率,因此,从能量角度出发,异构网络比传统的单层宏基站网络更加节能环保。
【学位单位】：桂林电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN929.5
【部分图文】：
011-2017中国智能手机生产量变化趋势
式在 CDMA 和 OFDMA 系统中充分暴露了它的局限性，频谱在每个基站上重复使用，即频率复用因子为 1。在超密环境下，频谱复用的方式需要转变。（5）在超密异构网络中，用户与基站之间的距离非常小以至于视距传输的概率非常大。因此，需要一个不同的传输模型。此外，为了防止多径衰落，超密异构网络的传播模型也需要考虑 Rician 信道模型。（6）对于操作者来说，确保每个小蜂窝有一个完美的高速低延时的回程是非常困难的。回程的情况直接影响着它的容量，而回程容量又会限制空中接口的容量。§2.1.3 水平密化与垂直密化无线网络的密化主要是通过部署越来越多的小基站来实现的，因此，网络的密化主要发生在两个层面，水平方向上的密集化或者垂直方向上的密集化。水平方向上的密化，主要是在水平面上，比如说在热点区或者街道上部署更多的接入点。垂直方向上的密化涉及到在竖直平面上部署更多的接入点，比如公寓、办公室、会议室、建筑物内部。图 2.2 描述了水平和垂直方向上的网络密化。针对具体的密化方式，我们需要考虑合适的传播模型以及相应的回程和性能估计。
超密异构蜂窝网频谱效率与能量效率平衡研究话说，典型用户被假设为可以代表所有用户。无线网络的大多数性能参数可以网络节点与典型用户之间的距离的函数，因此，典型用户与第n个临近基站之离对于无线网络的随机几何模型尤为重要。令 ( )nf r 表示第 n 个临近基站与位的典型用户之间的距离r 的概率密度函数。 ( )nf r 可以表示为22 1( )2( ) ( )( )sn nrn sf r r en 除了泊松点过程以外，随机几何中还有其他各种点过程以匹配不同的应用场如说，如果总节点数已知并且服务区域有限,比如一定数量的传感器从一个作区域中撤离，那么二项式点过程（Binomial Point Process, BPP）更适合建模此网果分散的节点在网络平面或者 MAC 层由于某些物理限制有一个最小距离，比限制，Matern 硬核点过程（Hard Core Point Process，HCPP）更适合建模节点位置。泊松簇过程（Poisson Cluster Process, PCP）被用来建模节点根据某种社或者 MAC 协议成簇的网络，比如说 Wi-Fi 热点区聚集的用户。
【参考文献】
本文编号：2839597
【学位单位】：桂林电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN929.5
【部分图文】：
011-2017中国智能手机生产量变化趋势
式在 CDMA 和 OFDMA 系统中充分暴露了它的局限性，频谱在每个基站上重复使用，即频率复用因子为 1。在超密环境下，频谱复用的方式需要转变。（5）在超密异构网络中，用户与基站之间的距离非常小以至于视距传输的概率非常大。因此，需要一个不同的传输模型。此外，为了防止多径衰落，超密异构网络的传播模型也需要考虑 Rician 信道模型。（6）对于操作者来说，确保每个小蜂窝有一个完美的高速低延时的回程是非常困难的。回程的情况直接影响着它的容量，而回程容量又会限制空中接口的容量。§2.1.3 水平密化与垂直密化无线网络的密化主要是通过部署越来越多的小基站来实现的，因此，网络的密化主要发生在两个层面，水平方向上的密集化或者垂直方向上的密集化。水平方向上的密化，主要是在水平面上，比如说在热点区或者街道上部署更多的接入点。垂直方向上的密化涉及到在竖直平面上部署更多的接入点，比如公寓、办公室、会议室、建筑物内部。图 2.2 描述了水平和垂直方向上的网络密化。针对具体的密化方式，我们需要考虑合适的传播模型以及相应的回程和性能估计。
超密异构蜂窝网频谱效率与能量效率平衡研究话说，典型用户被假设为可以代表所有用户。无线网络的大多数性能参数可以网络节点与典型用户之间的距离的函数，因此，典型用户与第n个临近基站之离对于无线网络的随机几何模型尤为重要。令 ( )nf r 表示第 n 个临近基站与位的典型用户之间的距离r 的概率密度函数。 ( )nf r 可以表示为22 1( )2( ) ( )( )sn nrn sf r r en 除了泊松点过程以外，随机几何中还有其他各种点过程以匹配不同的应用场如说，如果总节点数已知并且服务区域有限,比如一定数量的传感器从一个作区域中撤离，那么二项式点过程（Binomial Point Process, BPP）更适合建模此网果分散的节点在网络平面或者 MAC 层由于某些物理限制有一个最小距离，比限制，Matern 硬核点过程（Hard Core Point Process，HCPP）更适合建模节点位置。泊松簇过程（Poisson Cluster Process, PCP）被用来建模节点根据某种社或者 MAC 协议成簇的网络，比如说 Wi-Fi 热点区聚集的用户。
【参考文献】
相关期刊论文 前3条
1 张长青;;面向5G的非正交多址接入技术的比较[J];电信网技术;2015年11期
2 CHEN Siyi;XING Chengwen;FEI Zesong;;Distributed Resource Allocation in Ultra-Dense Networks via Belief Propagation[J];中国通信;2015年11期
3 TAO Yunzheng;LIU Long;LIU Shang;ZHANG Zhi;;A Survey: Several Technologies of Non-Orthogonal Transmission for 5G[J];中国通信;2015年10期
本文编号：2839597
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