异构蜂窝网络中能效问题优化与分析

发布时间：2017-09-11 22:20

  本文关键词：异构蜂窝网络中能效问题优化与分析

  更多相关文章： 基站协作 能效 异构网络 局部时延 点过程 随机DTX策略 随机几何 用户为中心成簇

【摘要】：在未来无线网络中,异构蜂窝网络的部署能满足日益增长的移动通信量需求。然而,大量小小区(small cell)基站的密集、随机部署以及它们之间的非协作操作引发了人们对异构蜂窝网络中能效问题的担忧。一方面,随机几何已经成为异构蜂窝网络的主要建模和分析工具；另一方面,基站协作和非连续传输(DTX)策略是两个能提高系统能效的有效技术。因此,基于随机几何框架,本文主要讨论基站协作和随机DTX策略对异构蜂窝网络中能效的影响。首先,本文基于以用户为中心的基站成簇模型,研究异构网络中高能效基站协作机制,其中,每层簇内的协作基站联合传输相同的数据给典型用户。使用随机几何工具,本文推导了K层异构蜂窝网络中遍历速率的一般表达式。接着,本文描述了一个最小遍历速率约束的平均簇内功耗最小化问题,并推导了最优协作半径的近似闭式解。仿真结果证实了理论分析的有效性,也证实了近似闭式解具有较好的估计效果。同时,本文也证实了,包含宏小区(macrocell)基站和small cell基站的两层异构网络比传统的nacrocell网络更节能。其次,针对前面工作中存在的一些局限性——例如没有考虑协作对全网能耗的影响、没有考虑慢衰落(例如阴影衰落)对协作成簇的影响、需要假设每层的基站对应相同的路径损耗因子等,本文提出基于接收信号强度(RSS)的基站成簇模型,并在更一般的异构网络场景中进一步研究基站协作机制。首先,利用随机几何工具推导了K层异构蜂窝网络中平均用户速率的一般表达式,接着,本文描述了一个最小平均用户速率约束的全网功耗最小化问题,并推导了该问题的近似最优解。仿真结果同样证实了理论分析的有效性,也证实了近似最优解具有较好的估计效果。最后,仿真结果验证了本文提出的基于RSS的成簇模型比几何成簇模型更节能。最后,本文在异构网络中研究随机DTX策略对局部时延和能效的影响。利用随机几何分析工具推导了K层异构蜂窝网络中局部时延与能效的一般表达式,并在特殊场景中获得了局部时延与能效的闭式表达式。基于这些分析结果,本文分别讨论了基站密度、信干比(SIR)门限、路径损耗因子以及休眠概率对系统性能的影响。接着,本文分别提供了最大能效的低速率和高速率渐近行为。这些渐进行为揭示了：在低速率区域,使用随机DTX策略将会降低能效；然而,在高速率区域,使用随机DTX策略能保证有限的局部时延,并能提高能效。
【关键词】：基站协作 能效 异构网络 局部时延 点过程 随机DTX策略 随机几何 用户为中心成簇
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.53
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-13
• 本论文专用术语的注释表13-15
• 第一章 绪论15-21
• 1.1 研究背景16-17
• 1.2 论文的内容安排17-19
• 1.3 数学符号约定19-21
• 第二章 异构网络中空间建模与性能分析21-33
• 2.1 引言21-22
• 2.2 随机几何建模的数学基础22-27
• 2.2.1 SINR模型22-24
• 2.2.2 点过程24-26
• 2.2.3 性能指标的分析26-27
• 2.3 随机几何对异构网络的建模方法27-31
• 2.3.1 PPP和HCPP模型27-29
• 2.3.2 基准随机几何模型29-31
• 2.4 本章小结31-33
• 第三章 异构网络中高能效基站协作机制33-45
• 3.1 引言33-34
• 3.2 系统模型34-36
• 3.2.1 基站协作策略34-35
• 3.2.2 基站成簇模型35
• 3.2.3 簇内功率损耗35-36
• 3.3 遍历速率36-37
• 3.4 功率最小化问题37-40
• 3.4.1 子问题一38-39
• 3.4.2 子问题二39-40
• 3.5 仿真结果40-44
• 3.5.1 验证理论结果41-42
• 3.5.2 分析上界的近似程度42
• 3.5.3 最小簇内功率损耗42-44
• 3.6 本章小结44-45
• 第四章 异构网络中基于RSS门限的基站成簇与协作策略45-67
• 4.1 引言45
• 4.2 系统模型45-49
• 4.2.1 基站协作策略46-47
• 4.2.2 基站成簇模型47-48
• 4.2.3 基站负载与区域功率损耗48-49
• 4.3 平均用户速率49-52
• 4.4 功率最小化问题52-60
• 4.4.1 子问题53-56
• 4.4.2 子问题二56-58
• 4.4.3 推广到更一般的信道模型58-60
• 4.5 仿真结果60-65
• 4.5.1 定理4.3.1的验证60-62
• 4.5.2 定理4.4.1近似程度分析62-63
• 4.5.3 区域功率损耗63-65
• 4.6 本章小结65-67
• 第五章 异构网络中局部时延与能效的分析与折衷67-87
• 5.1 引言67-68
• 5.2 系统模型68-70
• 5.2.1 异构网络模型68
• 5.2.2 随机DTX策略68-69
• 5.2.3 性能指标69-70
• 5.3 局部时延70-75
• 5.3.1 一般场景与主要结果70-72
• 5.3.2 特殊情形与分析结果72-75
• 5.4 能效75-79
• 5.4.1 基站密度的影响75-76
• 5.4.2 SIR门限的影响76
• 5.4.3 休眠概率的影响76-79
• 5.5 数值结果79-85
• 5.6 本章小结85-87
• 第六章 全文总结87-89
• 附录A 证明定理4.4.189-91
• 附录B 证明推论4.4.291-93
• 附录C 证明定理4.4.293-95
• 参考文献95-101
• 攻读硕士学位期间的研究成果101-103
• 致谢103

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