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星地一体化网络基于资源分配的干扰协调技术研究

发布时间:2018-06-13 23:40

  本文选题:星地一体化网络 + 同频干扰 ; 参考:《哈尔滨工业大学》2017年硕士论文


【摘要】:ITU(International Telecommunication Union)提出下一代网络(Next Generation Network,NGN)能兼容现有的各种技术,为用户提供多样的服务。星地一体化网络作为下一代网络的重要部分,是实现任何人(Anyone)在任何地方(Anywhere)、任何时候(Anytime)进行任何业务(Anything)通信的高效解决方案,也是当前学术界的研究热点。因此,本文以用于卫星移动服务的S波段为切入点,以星地一体化系统为载体,研究基于资源分配的干扰协调技术。首先,本文基于ITU对星地一体化网络和混合星地网络的相关定义,介绍卫星IMT-Advanced(International Mobile Telecommunications-Advanced)系统的服务场景,结合具体的服务场景对星地一体化网络以及混合星地网络的体系架构、工作原理进行对照,梳理了星地一体化网络的关键技术。此外,本文总结了星地一体化系统中的两种资源分配方式,并简要介绍了自适应资源分配原理及注水算法,为后续研究奠定理论基础。其次,针对由星地频谱共享技术引发的卫星与地面组件的同频干扰问题,本文首先分类归纳了所有的干扰场景,确定主要干扰路径为卫星上行链路。在此基础上,提出了基于禁区的干扰协调方案,仿真结果显示所提方案能明显降低组件间干扰,增大系统容量。为了估计地面网络可用带宽,提出了基于干扰源位置的估计方法,根据禁区宽度及禁区重叠层数将地面终端分布位置分类,采用蒙特卡洛仿真和全概率公式计算地面网络可用带宽。仿真结果显示禁区宽度增大会减少地面网络的可用带宽,因此应充分权衡系统干扰大小和频谱效率来决定禁区宽度。最后,本文提出了“卫星-波束-用户”的动态资源分配算法。首先验证了现有的单一资源分配方案的有效性,针对其缺陷和不足,在卫星-波束层面,提出了基于业务需求的功率带宽联合优化分配算法,将波束间干扰、信道条件差异以及时延因素考虑进资源分配模型,根据拉格朗日对偶理论和次梯度迭代的方法求得最优解。所提算法能在有限资源的限制下尽可能满足各点波束的业务需求,最大化系统总容量,根据各点波束的业务需求、信道环境自适应分配资源。在波束-用户层面,将点波束的容量作为该波束内部用户资源分配的容量上限,在混合业务场景下,提出了一种基于业务公平性和效用最大化的用户资源分配算法。与传统算法对比,该算法能最大化系统总效用,并且具有较好的灵活性和公平性。
[Abstract]:ITU (International Telecommunication Union) proposes that the next Generation Network (NGN) can be compatible with various existing technologies and provide users with various services. As an important part of the next generation network, the integrated satellite and earth network is an efficient solution to realize any service communication in any place, anywhere, anytime and anytime. It is also a hot research topic in current academic circles. Therefore, the interference coordination technology based on resource allocation is studied in this paper, which is based on the S-band used for satellite mobile service and the integrated satellite and earth system as the carrier. Firstly, based on ITU's definitions of integrated satellite and earth networks and hybrid satellite and earth networks, this paper introduces the service scenarios of the satellite IMT-Advanceden International Mobile Telecommunications Advanced system, and combines the specific service scenarios with the architecture of the integrated satellite and earth networks and the hybrid satellite to earth networks. The working principle is compared, and the key technology of the integrated satellite and earth network is combed out. In addition, this paper summarizes two ways of resource allocation in satellite and earth integrated system, and introduces the principle of adaptive resource allocation and water injection algorithm, which lays a theoretical foundation for further research. Secondly, aiming at the same frequency interference between satellite and ground components caused by the satellite and ground spectrum sharing technology, this paper firstly classifies all interference scenarios and determines the main jamming path is satellite uplink. On this basis, the interference coordination scheme based on restricted area is proposed. The simulation results show that the proposed scheme can significantly reduce inter-component interference and increase the system capacity. In order to estimate the available bandwidth of the ground network, an estimation method based on the location of the interference source is proposed. The location of the ground terminal is classified according to the width of the restricted area and the number of overlapped layers of the restricted area. The available bandwidth of ground network is calculated by Monte Carlo simulation and full probability formula. The simulation results show that increasing the width of the restricted area will reduce the available bandwidth of the ground network. Therefore, the system interference and spectral efficiency should be weighed to determine the width of the restricted area. Finally, a dynamic resource allocation algorithm for satellite-beam-user is proposed. Firstly, the effectiveness of the existing single resource allocation scheme is verified. Aiming at its shortcomings and shortcomings, a joint optimal allocation algorithm for power bandwidth based on service requirements is proposed in the satellite-beam level. Based on Lagrangian duality theory and subgradient iterative method, the optimal solution is obtained by considering the difference of channel conditions and delay factors. The proposed algorithm can satisfy the traffic requirements of each point beam as much as possible under the limitation of limited resources and maximize the total capacity of the system. According to the traffic requirements of each point beam, the channel environment adaptively allocates resources. At the beam-user level, the capacity of the point beam is taken as the upper limit of the user resource allocation within the beam. In the mixed service scenario, a user resource allocation algorithm based on the maximum service fairness and utility is proposed. Compared with the traditional algorithm, this algorithm can maximize the overall utility of the system, and has better flexibility and fairness.
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN927

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本文编号:2016013


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