5G超密集小小区网络性能分析与优化
发布时间：2020-10-15 00:24
随着智能移动设备的爆炸式增长和物联网的崛起,当前的无线通信网络已难以负荷急剧增长的业务需求,因此5G首要任务就是提升系统容量。在5G关键技术中,超密集小小区网络和多天线技术被认为是最具前景的解决方案。超密集小小区网络通过部署数量众多的同频微型基站达到提升频谱复用率的目的,从而实现几十倍的系统扩容;而多天线技术则通过分集与复用来提升系统容量。为了探究这两项技术结合所带来的性能增益,本文研究了使用休眠模式的超密集小小区网络中,基站密度、用户密度以及基站天线数对无线通信网络性能的影响。首先,本文提出了更贴近实际场景的区分视距/非视距传播的路径损耗模型,采用最大比传输/最大比合并(MRT/MRC,Maximum-Ratio Transmission/Maximum-Ratio Combining)的波束赋形方案,基于随机几何理论、概率论推导了覆盖率、区域频谱效率(ASE,Area Spectral Efficiency)和区域能量效率(AEE,Area Energy Efficiency)的表达式,然后通过仿真研究了基站密度、用户密度、基站天线数以及休眠模式对以上三大性能指标的影响。仿真结果证实了理论推导的正确性,同时观察到增加基站密度最初会对覆盖率有较大的提升作用,但随着基站数增多,视距传播下的干扰也越大,此时采用休眠模式对视距传播带来的干扰有削弱作用,覆盖率会先下降后上升,增加天线数对于基站密度较小的区域的覆盖率更明显,最多可达37.8%;采用休眠机制的ASE比不采用的低,但是对于AEE却有明显的改善效果,最多可提高0.4bps/J/Hz/km~2;增加天线数对于提升ASE效果一般,远不如增加基站密度明显,天线数过多时会对AEE有明显的削弱作用;当基站密度为用户密度的1/10左右时,此时覆盖率、AEE都较高,但是ASE较低。以上现象对超密集小小区网络实际部署可提供一定的设计参考。超密集小小区网络和多天线技术虽然能带来诸多性能增益,但是也存在自身缺陷,比如能源消耗问题。随着基站和天线数越来越多,能源消耗极大增加,在资源日益缺乏的今天,节能减排,降低能耗成为了实现可持续发展的重要途径,因此我们必须关注AEE问题。但同时,频谱资源的稀缺性也决定了我们在关注AEE时同样不能忽略ASE,因此AEE和ASE存在一个折衷。本文以基站密度和基站天线数为优化变量,研究了在休眠模式下给定ASE时,AEE的最大化问题,采用一阶优化条件、二阶优化条件以及迭代的优化算法,仿真结果证实,该算法收敛速度快,在实现了AEE最大化的同时也能实现ASE的优化,即实现了ASE和AEE的联合优化设计。
【学位单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN929.5
【部分图文】：
上海交通大学硕士学位论文，各国都企图抢占 5G 发展先机。我国也正积极部署 5G 研发。2013 年 2 月对 5G 的 IMT-2020(5G)推进组由国家相关部门正式牵头成立了, 2013 年 6 月家 863 计划“5G 研究开发重大项目一期”正式立项，隔年春，该项目二期立G 研究开发项目由国内外 50 余家企业和机构共同承担，包括爱立信、三星等上研发实力雄厚的通信企业[3]。
频段资源越来越稀缺，全频率复用已经成为了多层共存的蜂窝异构征[32,33]。这种做法使得频谱资源的利用率大大提升，提高了系统容来了干扰的问题。由于层间以及层内干扰的存在抵消了频率复用带增益，因此通信的服务质量也大打折扣。为了研究基站协同以及干需要对干扰进行合理的建模。建模是一种对新技术进行评估的高效途域的发展进程中，一个新技术从提出到真正应用少不了建模评估这不对新技术进行谨慎合理的建模评估将会产生巨大的风险，因为每正应用需要投入大量的人力物力来进行软硬件上的改进，如果建模就进行大规模的应用，很可能发生新技术的性能增益还不如预期甚后果，从而产生重大损失。所谓合理是指模型精确且复杂度不高，了一定的精确度的要求，评估的结果才具有参考价值，同时模型复保证评估的高效性，这往往要求我们根据现有的计算机运算能力对的精简。因此建模的关键就是要在高精确和低复杂之间进行折中选准确又方便的模型。除了需要对干扰进行建模研究，小小区网络其比如系统容量、频谱效率、中断概率等的分析都依赖于建模。
图 2-2 齐次泊松点过程和泰森多边形模型Fig.2-2 Homogeneous poisson point process and thiessen polygon model.2 随机几何理论基础.2.1 空间点过程在无线通信网络中，网络性能与用户和节点的分布存在密不可分的关系，点的位置通常是根据区域所需流量大小进行不规则分布，同时对于室外场景，用户往往是处于移动中的，因此用户和节点都具有不确定性，这时就需要间点过程来描述这一场景。空间点过程最初应用于航天医学和空间生物工程科，后来使用范围慢慢扩大，逐步演化成一个对位置分布的系统的建模方法上个世纪 60 年代以前，点过程的研究还比较原始，主要是一维的点过程。代以后，对点过程的研究慢慢拓展到多维空间，逐渐发展形成了空间点过程论。空间点过程可以划分为以下三类：（1）空间中点的位置随机分布，点与点之间不存在任何关联性，比如文本小区和用户建模将采用的 HPPP；
【参考文献】
本文编号：2841415
【学位单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN929.5
【部分图文】：
上海交通大学硕士学位论文，各国都企图抢占 5G 发展先机。我国也正积极部署 5G 研发。2013 年 2 月对 5G 的 IMT-2020(5G)推进组由国家相关部门正式牵头成立了, 2013 年 6 月家 863 计划“5G 研究开发重大项目一期”正式立项，隔年春，该项目二期立G 研究开发项目由国内外 50 余家企业和机构共同承担，包括爱立信、三星等上研发实力雄厚的通信企业[3]。
频段资源越来越稀缺，全频率复用已经成为了多层共存的蜂窝异构征[32,33]。这种做法使得频谱资源的利用率大大提升，提高了系统容来了干扰的问题。由于层间以及层内干扰的存在抵消了频率复用带增益，因此通信的服务质量也大打折扣。为了研究基站协同以及干需要对干扰进行合理的建模。建模是一种对新技术进行评估的高效途域的发展进程中，一个新技术从提出到真正应用少不了建模评估这不对新技术进行谨慎合理的建模评估将会产生巨大的风险，因为每正应用需要投入大量的人力物力来进行软硬件上的改进，如果建模就进行大规模的应用，很可能发生新技术的性能增益还不如预期甚后果，从而产生重大损失。所谓合理是指模型精确且复杂度不高，了一定的精确度的要求，评估的结果才具有参考价值，同时模型复保证评估的高效性，这往往要求我们根据现有的计算机运算能力对的精简。因此建模的关键就是要在高精确和低复杂之间进行折中选准确又方便的模型。除了需要对干扰进行建模研究，小小区网络其比如系统容量、频谱效率、中断概率等的分析都依赖于建模。
图 2-2 齐次泊松点过程和泰森多边形模型Fig.2-2 Homogeneous poisson point process and thiessen polygon model.2 随机几何理论基础.2.1 空间点过程在无线通信网络中，网络性能与用户和节点的分布存在密不可分的关系，点的位置通常是根据区域所需流量大小进行不规则分布，同时对于室外场景，用户往往是处于移动中的，因此用户和节点都具有不确定性，这时就需要间点过程来描述这一场景。空间点过程最初应用于航天医学和空间生物工程科，后来使用范围慢慢扩大，逐步演化成一个对位置分布的系统的建模方法上个世纪 60 年代以前，点过程的研究还比较原始，主要是一维的点过程。代以后，对点过程的研究慢慢拓展到多维空间，逐渐发展形成了空间点过程论。空间点过程可以划分为以下三类：（1）空间中点的位置随机分布，点与点之间不存在任何关联性，比如文本小区和用户建模将采用的 HPPP；
【参考文献】
相关期刊论文 前1条
1 尤肖虎;潘志文;高西奇;曹淑敏;邬贺铨;;5G移动通信发展趋势与若干关键技术[J];中国科学:信息科学;2014年05期
本文编号：2841415
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