无线异构网络环境下资源分配方案研究

发布时间：2020-10-13 10:10

　　 无线异构网络作为移动通信系统发展的重要产物,被认为是满足指数级增长的用户数据速率需求的重要技术之一,也是显著提升网络覆盖与网络容量的主要力量。在低频段频谱资源紧缺的现状下,频谱共享成为无线异构网络的主要资源复用形式。然而,随着接入节点数量的井喷式增长以及低功率节点的密集部署,一方面频谱共享带来的低功率节点之间的同层干扰和低功率节点与宏蜂窝之间的跨层干扰愈发严重,严重违背了无线异构网络作为支撑数据速率需求日益增长的初衷;另一方面,引发网络能耗速率飞快上升,从而导致无线异构网络的电力成本成为制约运营商利润空间的主要因素。而资源管理技术作为无线移动网络发展过程中的重要研究课题,在实现无线异构网络高效通信中起着决定性的作用。因此,有望成为解决上述干扰问题和能耗问题的重要技术手段。本文围绕无线异构网络面临的干扰问题和能耗问题,针对Small cells无线异构网络场景和中继节点无线异构网络场景,从频域、时域、空域、功率域的角度研究一维或多维资源分配方案。具体研究成果归纳如下:(1)基于干扰协调的频谱共享方案针对Small cells无线异构网络场景中频谱共享面临的跨层干扰问题和同层干扰问题,考虑到跨层干扰减轻与Small cells容量提升以及同层干扰减轻与无线异构网络容量提升之间的矛盾,研究均衡跨层干扰与Samll cells容量以及同层干扰与无线异构网络容量的有效折衷,提出了基于跨层干扰的频谱共享方案和基于同层干扰的频谱共享方案,结合多目标优化理论,建立了最小化最大跨层干扰与最大化Small cells容量和最小化同层干扰与最大化无线异构网络容量两个多目标优化模型,并利用启发式算法求解获得其对应的折衷解。仿真结果表明,上述方案在保证Small cells用户传输速率最小需求的条件下,实现了频谱复用增益与干扰协调增益两者之间的折衷。(2)基于能效优化的资源分配方案针对Small cells无线异构网络场景中频谱共享面临的干扰问题和能耗问题,研究基于惩罚项的多项式和基于比值的能耗速率比率两种能效度量标准,并从干扰协调的角度,提出了基于干扰价格的能效功率分配和基于休眠策略的能效资源联合优化方案。结合宏蜂窝网络能效目标提升和Small cells能效目标的提升之间的冲突性,以及Small cells系统能效目标提升和跨层干扰目标降低之间的冲突性,建立上述能效优化方案的多目标优化模型,利用启发式算法获得了上述优化模型的折衷解。仿真结果表明,通过建立的动态干扰价格机制,可以有效控制跨层干扰,实现宏蜂窝网络能效的提升以及网络总能耗的降低。另外,结合休眠策略的频谱、功率等资源的联合优化能够有效实现跨层干扰的减轻以及Small cells容量的提升。(3)基于用户体验质量的资源分配方案针对部署中继节点的无线异构网络场景中频谱共享面临的能耗和用户体验问题,以及接入链路和回程链路性能传输的瓶颈问题,首先研究中继蜂窝网络场景允许用户选择传输模式,以获得中继节点部署个数的优化,进一步结合接入链路和回程链路频谱资源和功率分配,实现接入链路和回程链路多维资源的联合优化;其次针对中继协作系统允许协作传输两个阶段共享不同数量的子载波,研究多载波的配对与分配,并结合中继选择与功率分配,形成了多维资源的联合优化。考虑到多维资源联合优化的求解的紧耦合性,以及网络能耗降低与用户体验质量提升的矛盾性,建立多目标优化模型,并利用启发式算法,获得均衡网络性能与用户性能的折衷解。仿真结果表明,提出的基于用户体验质量的资源联合优化分配方案,可以实现网络用户体验质量提升以及网络能耗降低的有效折衷。(4)混合能源供能的资源分配方案针对部署中继节点的无线异构网络场景中频谱共享面临的能耗问题以及传输速率公平性问题,研究中继节点在可再生能源供电模式下的频谱和功率资源的联合优化分配。而且,考虑到可再生能源供电的不稳定性,研究用户传输模式选择,一方面保证用户服务的可靠性传输,另一方面,增加了资源优化的维度与自由度。并考虑系统公平性能效提升与可再生能源利用提升的双重目标,结合多目标优化理论以及启发式算法求解获得目标均衡解。仿真结果表明,提出的资源分配方案能够实现用户α公平性传输速率的同时,提升可再生能源利用率,从而获得电网能耗的降低。
【学位单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN929.5
【部分图文】：

１?＝：：二二二二＾，：１?＝??２０１７?年?２０１８?年?２０１９?年?２０２０年?２０２１?年?２０２２?年??图１－１?Ｃｉｓｃｏ公司预测的移动数据量增长趋势图??Ｆｉｇ．?１－１?Ｔｒｅｎｄｓ?ｉｎ?ｍｏｂｉｌｅ?ｄａｔａ?ｇｒｏｗｔｈ?ｆｏｒｅｃａｓｔ?ｂｙ?Ｃｉｓｃｏ??人们发现在传统的宏蜂窝网络架构下，通过部署低功率节点，可以有效增强“盲??点”地区的覆盖率，大幅提升网络的频谱效率。另一方面，从移动业务的分布角度，??来自美国研宄公司ＡＲＩ?Ｒｅｓｅａｒｃｈ的调查表明，超过５０°／。的语音业务和７０％的数据??业务来自于室内［９］。然而由于墙壁的遮挡等原因，即使是室外部署的大功率基站也??很难为室内终端提供满意的服务。通过在室内信号覆盖微弱的地方部署低功率节点，??可以有效解决室内及“忙点”地区的覆盖问题。因此，无线网络架构的革新被认为??是满足网络容量指数级增长需求的基础［１（）］。图１－２给出了一个典型的无线异构网络??场景图。如图１－２所示，在原有宏蜂窝基站提供广域覆盖的基础上，通过部署低功??率节点（Ｌｏｗ?ｐｏｗｅｒ?ｎｏｄｅｓ

耗问题的有效解决；另一方面，提升网络侧的频谱效率、能量效率以及用户侧的体??验质量、公平性等性能指标。本文针对无线异构网络中的资源分配方案展开了系统??的研究，整体的研宄内容及框架如图１－３所示，具体的研究成果包括：??（１）基于干扰协调的频谱共享方案研宄??针对无线异构网络中宏蜂窝与Ｓｍａｌｌ?ｃｅｌｌｓ同频组网模式下，网络中存在的跨层??干扰和同层干扰问题，传统的解决方案是以牺牲一部分频谱资源效率为代价的。基??于此，本文研究考虑资源共享时跨层干扰减轻与Ｓｍａｌｌ?ｃｅｌｌｓ容量提升之间的矛盾??以及同层干扰减轻与无线异构网络容量提升之间的矛盾，提出了基于干扰协调的频??谱共享方案。并结合多目标优化理论，建立了最小化最大跨层干扰和最大化Ｓｍａｌｌ??ｃｅｌｌｓ容量以及最小化同层干扰和最大化无线异构网络容量两个多目标优化模型；进??一步考虑网络中各基站传输功率固定，则影响网络同频干扰的关键在于Ｓｍａｌｌ?ｃｅｌｌｓ??用户的频谱资源如何共享形成的子信道分配离散变量优化问题，研宄基于启发式算??法的多目标优化问题求解

轻与Ｓｍａｌｌ?ｃｅｌｌｓ容量提升以及同层干扰减轻与无线异构研究均衡跨层千扰与Ｓａｍｌｌ?ｃｅｌｌｓ容量以及同层干扰与无，提出了基于跨层干扰的频谱共享方案和基于同层干扰优化理论，建立了最小化最大跨层干扰与最大化Ｓｍａｌｌ?ｃｅ与最大化无线异构网络容量两个多目标优化模型，并利应的折衷解，从而获得有效的频谱共享方案。??型??－１所示，本章考虑一个宏蜂窝和多个Ｓｍａｌｌ?ｃｅｌｌｓ构成的场景包含一个宏基站和尺个ＬＰＮｓ，并假设尤个ＬＰＮｓ它们共享同一段频谱资源，带宽为５，子信道数为Ｗ。ｃｒｏ?ｕｓｅｒｓ，?ＭＵＥｓ）个数为Ｆ且随机分布，每个Ｓｍａｌｌ?ｃｅｌ丨中ｓ）个数为Ｆ且随机分布。本章研究Ｓｍａｌｌ?ｃｅｌｌｓ下行链设所有的Ｓｍａｌｌ?ｃｅｌｌｓ都采用闭合接入的方式，共享宏蜂规定最小分配单位为子信道，这是由于每个子信道中各以假定是相同的，但每个子信道的衰落特性不一样［￣。??
【参考文献】

相关期刊论文 前3条

1 贾亚男;岳殿武;;博弈论框架下认知小蜂窝网络的动态资源分配算法[J];电子学报;2015年10期

2 孙立悦;赵晓晖;虢明;;基于中断概率的协作通信中继选择与功率分配算法[J];通信学报;2013年10期

3 周盛;龚杰;王晓磊;牛志升;;动态能量获取下无线通信的能量管理与资源优化[J];中国科学:信息科学;2012年10期

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1 李钰洁;LTE Small Cell混合组网中移动负载均衡的研究[D];厦门大学;2014年

本文编号：2839040