基于回程感知的异构蜂窝网络资源分配问题研究
发布时间：2021-04-16 04:57
在第五代移动通信（The Fifth Generation,5G）网络中,在传统宏小区中叠加部署小小区基站而形成的异构蜂窝网络（Heterogeneous Cellular Network,HCN）是一种可以有效应对网络流量快速增长的新型网络架构。然而,异构蜂窝网络在提升网络容量、为用户提供更高的传输速率的同时,也面临着小区间干扰加剧、不同类型用户服务质量（Quality of Service,QoS）难以保证等实际挑战。此外,大量随机分布的小小区给无线回程链路带来的速率压力,也是异构蜂窝网研究亟待解决的重要难题。具体而言,回程链路传输对网络性能的影响主要体现在两方面:回程带宽分配和回程容量限制。而这两个因素都严重制约着异构蜂窝网络性能的优化和用户的QoS。本文将重点研究基于回程感知的异构蜂窝网络资源分配问题,通过合理分配频谱和功率等网络资源,实现不同类型网络性能的最优化。本文主要研究内容如下:1.回程容量约束下的异构蜂窝网络资源分配。本文的第一部分工作基于用户QoS需求和跨层干扰的约束,研究了两种不同回程容量约束（小小区回程容量约束和宏小区回程容量约束）下的资源块（Resource ...
【文章来源】：四川师范大学四川省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
研究内容
2回程容量约束下的资源分配研究10（2）由于两种回程容量约束条件关于传输功率和资源块分配变量都不是凸的，因此，提出的优化问题是非凸优化问题。通过变量代换和约束松弛，我们将此非凸约束的混合整数非线性规划问题转化为凸优化问题，并利用对偶分解方法求得功率分配和资源块分配最优解。（3）基于所获得的最优资源分配解，本章提出了不同回程容量约束下的联合资源块和功率分配算法来最大化网络吞吐量，此外，还提供了数值结果来验证所提算法的有效性，并分析了回程容量约束对网络性能的影响。2.2系统模型图2.1系统模型我们考虑一个两层异构蜂窝网络中的下行链路。在异构蜂窝网络中，宏小区中叠加了多个小小区。如图2.1所示，小小区基站通过小小区回程链路与宏基站建立数据传输，宏基站通过宏小区回程链路连接到核心网络。Ν表示小小区基站集合。小小区n中的用户集合记作nΜ。本文将使用n来同时表示小小区和小小区基站。采用LTE/LTE-A蜂窝技术，将频率子载波分为资源块，资源块代表资源分配的最小单元。整个频谱被划分为一个资源块集合K。所有小区（包括宏小区和小小区）以频谱共享的方式共享整段频谱，因此，小区间的干扰是不可避免的。表2.1中总结了一些变量的符号表示方式。文中假定所有涉及的信道都是块衰落，即，在一个传输块中，信道系数是固定的，可以在不同的传输块之间独立变化，互不影响。在资源块k上，小小区n中，用户m的信道功率增益记为kmnh,,。在资源块k上，从宏基站到在小小区n内用户m，从小小区基站n到宏基站服务用户的信道功率增益分别为kmng,,和kng,。信道衰落由大尺度衰减和小尺度衰落两部分组成。
2回程容量约束下的资源分配研究20会引入更强得同层干扰，这就会严重抵消掉网络吞吐量的增加并且减慢其增长速度。因此，尽管整个网络的吞吐量仍然保持增加，但是每个小小区的平均吞吐量则是随着小小区的数量增加而降低的。表2.2系统参数参数说明地图范围500*500m2小小区基站放置随机分布小小区基站的总传输功率30dBm总带宽/总资源块数量10MHz/32热噪声密度-174dBm/Hz路径损耗：宏基站到用户128.1+37.6log10(D(km))路径损耗：小小区基站到用户140.7+36.7log10(D(km))阴影标准偏差10dB小尺度衰落瑞利衰落图2.2异构蜂窝网络模拟场景此外，从图中还可以看出，通过增加每个资源块上的干扰门限值可以提高网络吞吐量，干扰门限值反映了实际的总传输功率，也反映了每个资源块上所有用户的总传输速
本文编号：3140786
【文章来源】：四川师范大学四川省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
研究内容
2回程容量约束下的资源分配研究10（2）由于两种回程容量约束条件关于传输功率和资源块分配变量都不是凸的，因此，提出的优化问题是非凸优化问题。通过变量代换和约束松弛，我们将此非凸约束的混合整数非线性规划问题转化为凸优化问题，并利用对偶分解方法求得功率分配和资源块分配最优解。（3）基于所获得的最优资源分配解，本章提出了不同回程容量约束下的联合资源块和功率分配算法来最大化网络吞吐量，此外，还提供了数值结果来验证所提算法的有效性，并分析了回程容量约束对网络性能的影响。2.2系统模型图2.1系统模型我们考虑一个两层异构蜂窝网络中的下行链路。在异构蜂窝网络中，宏小区中叠加了多个小小区。如图2.1所示，小小区基站通过小小区回程链路与宏基站建立数据传输，宏基站通过宏小区回程链路连接到核心网络。Ν表示小小区基站集合。小小区n中的用户集合记作nΜ。本文将使用n来同时表示小小区和小小区基站。采用LTE/LTE-A蜂窝技术，将频率子载波分为资源块，资源块代表资源分配的最小单元。整个频谱被划分为一个资源块集合K。所有小区（包括宏小区和小小区）以频谱共享的方式共享整段频谱，因此，小区间的干扰是不可避免的。表2.1中总结了一些变量的符号表示方式。文中假定所有涉及的信道都是块衰落，即，在一个传输块中，信道系数是固定的，可以在不同的传输块之间独立变化，互不影响。在资源块k上，小小区n中，用户m的信道功率增益记为kmnh,,。在资源块k上，从宏基站到在小小区n内用户m，从小小区基站n到宏基站服务用户的信道功率增益分别为kmng,,和kng,。信道衰落由大尺度衰减和小尺度衰落两部分组成。
2回程容量约束下的资源分配研究20会引入更强得同层干扰，这就会严重抵消掉网络吞吐量的增加并且减慢其增长速度。因此，尽管整个网络的吞吐量仍然保持增加，但是每个小小区的平均吞吐量则是随着小小区的数量增加而降低的。表2.2系统参数参数说明地图范围500*500m2小小区基站放置随机分布小小区基站的总传输功率30dBm总带宽/总资源块数量10MHz/32热噪声密度-174dBm/Hz路径损耗：宏基站到用户128.1+37.6log10(D(km))路径损耗：小小区基站到用户140.7+36.7log10(D(km))阴影标准偏差10dB小尺度衰落瑞利衰落图2.2异构蜂窝网络模拟场景此外，从图中还可以看出，通过增加每个资源块上的干扰门限值可以提高网络吞吐量，干扰门限值反映了实际的总传输功率，也反映了每个资源块上所有用户的总传输速
本文编号：3140786
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