超密集网络关键技术的研究与性能评估

发布时间：2020-11-01 08:05

　　 为了满足日益增长的移动数据业务需求,超密集网络通过增加多种类型小基站的部署密度有效提升网络容量,而被视为未来网络的重要组成部分之一。如何在复杂超密集网络下,利用有限的无线通信资源,以较低成本扩充网络容量,满足未来无线通信多样化、非均匀的业务需求,提高用户体验,成为超密集网络面临的巨大挑战。为了解决以上挑战,需要对限制超密集网络性能的关键技术问题进行研究和优化。本文在广泛调研了超密集网络的基本知识和现有的研究工作的基础上,重点对超密集网络下的绿色通信、干扰管理和移动管理等关键技术问题进行了深入研究和性能评估。论文主要研究内容包括:1)在超密集网络下基于能耗感知的绿色通信研究中,本文提出一种基于能耗感知的用户接入和小基站休眠策略。其目标旨在满足用户最低速率需求的基础上寻求最优节能的用户接入和小基站休眠方案,实现能耗最小化。本文基于用户平均信道状态信息,将此能耗最小化问题建模为一个复杂的组合优化问题。为有效解决此问题,本文提出一种交替迭代算法将问题分解为两个简单的子问题:固定小基站工作状态下的用户接入子问题和固定用户接入下的小基站休眠子问题。所提策略循环求解上述两个子问题直到系统总能耗收敛,从而获得一个局部最优解。仿真结果表明所提策略相比现有方案可以实现更加稳定和出色的节能性能。2)在超密集网络下基于用户满意度公平的干扰管理研究中,本文提出一种基于用户满意度公平的子信道分配策略。其目标旨在寻找最佳子信道分配方案来优化网络中用户的服务满意度性能。本文将问题建模为用户满意度的最大最小公平问题并进一步将问题分解成基于服务质量需求的用户分簇子问题和加权用户簇子信道分配子问题,从而将大量用户间复杂的子信道分配问题转换成少量用户簇间的子信道分配问题。仿真结果表明所提策略可以灵活适应不同子信道资源、不同服务用户数目和不同干扰环境的超密集场景,获得可观的最小用户满意度、系统吞吐和用户公平性性能增益。3)在超密集网络下预测移动管理研究中,本文提出一种适用于控制层/数据层分离的普适性的预测移动管理策略。考虑到城市超密集网络场景中用户移动的规律性,用户数据层连接一般以一定顺序接入小基站中。因此,可以利用用户数据层在小基站间的转换关系为用户预配置较大概率切换的小基站集合来达到快速接入小基站的目的。本方案采用概率后缀树模型在线学习和分析用户在小基站之间的转换关系和转移概率,并提出一种基于概率后缀树的混合预测算法来指导用户预测移动管理。为兼容不同版本用户,本文进一步提出两种移动管理流程来协助预测移动管理策略的实现。仿真结果表明,本文所提预测移动管理策略可以显著提升预测准确性,在较小的冗余基站配置开销下,有效加速用户数据层切换。最后,总结了论文的全部研究内容,并对未来超密集网络的研究方向进行了展望。
【学位单位】：北京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN929.5
【部分图文】：

，移动终端数量将超过２０亿。其中，２０１０年到２０２０年间典型发达城高达６００倍，局部热点地区数据业务甚至可能会达到１０００倍［１］。??了满足未来移动互联网日益增长的数据业务需求，全球范围内己经加速开始第五代移动通信系统（Ｔｈｅ?５ｔｈ?Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ，５Ｇ）的深盟的５Ｇ?ＮＯＷ?（５ｔｈ?Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ?Ｎｏｎ－Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ?Ｗａｖｅｆｏｒｍｓ?ｆｏｒ?Ａｓｙｎｃｈｒｏｎ）⑵，ＭＥＴＩＳ?（Ｍｏｂｉｌｅ?ａｎｄ?Ｗｉｒｅｌｅｓｓ?Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ?Ｅｎａｂｌｅｒｓ?ｆｏｒ?ｔｈｅ?Ｔｗｅｎｔｙａｔｉｏｎ?Ｓｏｃｉｅｔｙ）⑶，５Ｇ?ＰＰＰ?（５Ｇ?Ｐｕｂｌｉｃ－Ｐｒｉｖａｔｅ?Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ），中国的ＩＭＴ－２［１］，韩国的５Ｇ技术论坛（５Ｇ?Ｆｏｒｕｍ）以及日本的５Ｇ研宄组“２０２０?ａｎｄｃ”等。在国内外通信学术界和产业界的共同协助努力下，未来５Ｇ网性能要求己基本达成共识。未来５Ｇ网络为了应对包括超高的速率体密度、海量终端连接、超低时延和超高移动速度几个典型场景下的０倍超高移动数据流量，１０－１００倍海量终端连接，１０－１００倍超高用户低时延，１０倍更低机器类通信（Ｍａｃｈｉｎｅ?Ｔｙｐｅ?Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ＭＴＣ）要求［Ｍ］。??’??

??按照小基站所选择的网络协议栈架构方案，小基站可以划分为一体化基站、双??连接基站及和射频拉远头三种１１４］，如图１－３所示。一体化基站可视作一个小覆盖低??功率的小型宏基站，设备包括一个宏基站的所有功能并可以执行整个协议栈功能。??４??

网络由各个基站分布式规划和管理，网络中每个基站均具备较完整的协议栈和??接入管理功能，每个小基站可自行通过接口与核心网连接，后向兼容性较好。如??图１－４所示，每个小基站自行与核心网的移动管理实体（Ｍｏｂｉｌｉｔｙ?Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ?Ｅｎｔｉｔｙ??，ＭＭＥ）和服务网关（Ｓｅｒｖｉｃｅ?ＧａｔｅＷａｙ，ＳＧＷ）通过Ｓ１接口连接，小基站之间通过??增强的Ｘ２接口完成分布式的资源管理和协同协调。分布式网络架构适用于不具备集??中式网络架构理想条件的各类灵活部署场景，可支持用户自行部署、无本地集中控??制节点和回程链路条件差等场景。??控制层／数据层分离网络架构是一种控制层（Ｃｏｎｔｒｏｌ?Ｐｌａｎｅ，ＣＰ）和数据层（Ｄａｔａ??Ｗａｎｅ，?ＤＰ）逻辑分离的全新架构。如图１－５所示，此框架的主要思想是将控制信令传??输与数据服务传输分离，大面积稳定覆盖的宏基站负责用户的信令传输，为用户提??供有效的无线资源控制协议（Ｒａｄｉｏ?Ｒｅｓｏｕｒｃｅ?Ｃｏｎｔｒｏｌ，?ＲＲＣ）支持；而特定的小基站??则在宏基站覆盖范围内为用户提供高速率数据服务。控制层／数据层分离网络框架可??以通过宏基站为用户提供鲁棒性接入管理和移动性管理，通过小基站为用户提供灵??活自适应的高吞吐高能效的数据服务。??集中式网络架构中的小基站均连接本地控制中心
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本文编号：2865254