基于控制与用户面分离的蜂窝无线接入网络性能分析

发布时间：2020-03-21 06:02

【摘要】：近年来,蜂窝网络的用户连接设备数和移动通信数据量显著增加,这给下一代移动通信网络的部署带来了极大的挑战。运营商通过部署异构网络来满足用户不断增加的高速数据需求,并且提高网络容量。受到有限频谱和能量资源的制约,网络经济效率、能量效率和频谱效率是目前运营商重点关注的三个方面。为了应对逐渐增加的业务种类和数据量,并且进一步提高网络的容量和资源的利用率,本文引入控制与数据面分离(Control-and User-plane Seperation,CUPS)技术。如何对系统带宽进行定价、网络基站部署和网络相关参数进行调整,使得网络经济效率、能量效率和覆盖概率等获得提升是本文的研究方向。首先,本文针对随机拓扑的蜂窝网络中的带宽定价的问题,研究了网络的经济效率和能量效率。传统的蜂窝网络运营商定价考虑到用户的带宽利用率和运营成本,本文则从一个整体的工程角度再次研究了这个关键的主题,而且考虑了能量效率。由于运营商提前得知用户的效用函数,因此在考虑带宽价格对用户请求带宽量的影响的情况下,运营商可对用户请求的单位带宽进行定价,而用户将在最大化自身的盈余的情况下请求带宽,所以我们将运营商和用户之间定义成一个两阶段的斯坦克尔伯格博弈模型。为了获得一个普遍的结果,运营商考虑了大规模随机地部署基站。通过使用随机几何,在考虑用户的实际带宽需求和可接受价格的基础上,推导出网络经济效率和能量效率。数值仿真的结果显示出网络经济效率和能量效率几乎在同一价格(即最优价格)处达到最大值,且最优定价策略随着基站的部署密度而变化。然后,本文建立了基于CUPS的蜂窝无线接入网络(Radio Access Network,RAN)分析模型,研究了控制面(Control Plane,CP)的覆盖概率和用户面(User Plane,UP)的能量效率性能。在该分析模型中,CP的控制基站(Control Base Station,CBS)负责控制覆盖和低速的数据传输。相反地,UP的业务基站(Traffic Base Station,TBS)负责传输高速数据传输。我们假定到达CBS和TBS的用户请求速率不同,且CP与UP经历不同的路径衰落,为CP和UP建立不同的业务模型和信道模型。基于排队论和随机几何理论,推导出信道中只有非视距(Non-line-of-sight,NLOS)传输时CP的覆盖概率,并推导出信道中视距(Line-of-sight,LOS)和NLOS共存的传输模式下UP的能量效率。根据数值仿真结果显示,当通信量负载较大时,也即用户的请求达到速率较大时,可以通过提高CBS的服务速率或者CBS的部署密度来提高CP的覆盖概率。而且可以通过优化TBS的部署密度来最大化UP的能量效率,同时获得一个较大的单位面积频谱效率。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN929.5

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