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LTE及Macrocell Femtocell雙層網(wǎng)絡(luò)無(wú)線資源管理的研究
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資料類別
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電子電工畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） |
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課程(專業(yè))
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通信與信息系統(tǒng) |
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關(guān)鍵詞
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無(wú)線資源管理|資源分配 |
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適用年級(jí)
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大學(xué) |
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身份要求
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普通會(huì)員 |
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2019-09-22 09:43:00 |
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kj008 |
內(nèi)容簡(jiǎn)介：
LTE及Macrocell Femtocell雙層網(wǎng)絡(luò)無(wú)線資源管理的研究，博士學(xué)們論文，共146頁(yè)，56679字。
摘 要
本文研究了長(zhǎng)期演進(jìn)（Long Term Evolution，LTE）網(wǎng)絡(luò)及宏蜂窩/家庭基站（Macrocell/Femtocell）雙層網(wǎng)絡(luò)中先進(jìn)的無(wú)線資源管理（Radio Resource Management，RRM）技術(shù)。論文主要內(nèi)容分為兩部分：LTE網(wǎng)絡(luò)無(wú)線資源管理算法的研究及Macrocell/Femtocell雙層網(wǎng)絡(luò)無(wú)線資源管理的研究。對(duì)于LTE網(wǎng)絡(luò)主要的RRM算法的研究包括：基于LTE時(shí)分雙工（Time Division Duplexing，TDD）系統(tǒng)的混合業(yè)務(wù)場(chǎng)景下非理想賦形天線及調(diào)度算法的研究；基于LTE系統(tǒng)，考慮小區(qū)間干擾（Inter-Cell Interference，ICI），利用博弈論提出系統(tǒng)動(dòng)態(tài)資源分配方案；基于LTE上行系統(tǒng)，把上行干擾限制功率控制方案和軟頻率復(fù)用（Soft Frequency Reuse，SFR）相結(jié)合，提出有效的分布式資源分配方案。對(duì)于Macrocell/Femtocell雙層網(wǎng)絡(luò)主要RRM算法的研究包括：Macrocell/Femtocell雙層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中干擾分析及分布式資源分配的研究，基于博弈論理論，提出一種子信道和功率分配相互迭代的算法；Macrocell/Femtocell雙層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中垂直切換的研究，提出一種考慮Femtocell接入類型、用戶速率、網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前運(yùn)行狀況、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)成本等因素的優(yōu)化方案。
LTE網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)發(fā)展及雙層網(wǎng)絡(luò)能夠相互協(xié)調(diào)為用戶提供滿意服務(wù)，不僅需要系統(tǒng)架構(gòu)升級(jí)優(yōu)化，更需要RRM算法的不斷創(chuàng)新和升級(jí)。RRM算法是關(guān)系到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵因素。本文首先介紹了LTE系統(tǒng)的基本知識(shí)，包括正交頻分復(fù)用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）和天線多輸入多輸出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）等關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)一步介紹了系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)、無(wú)線資源分配特點(diǎn)（小區(qū)間干擾、動(dòng)態(tài)子信道分配、分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等）。另外介紹了Femtocell的基本知識(shí)，包括引入背景、網(wǎng)絡(luò)基本架構(gòu)、接入方式等。接下來(lái)詳細(xì)闡述了系統(tǒng)級(jí)移動(dòng)通信仿真平臺(tái)的構(gòu)建，包括場(chǎng)景選擇、模塊設(shè)計(jì)、仿真流程梳理、不同系統(tǒng)仿真平臺(tái)的差異等。然后分別對(duì)LTE網(wǎng)絡(luò)和Macrocell/Femtocell雙層網(wǎng)絡(luò)無(wú)線資源管理算法進(jìn)行研究和性能評(píng)估，分別較好的解決了一些熱點(diǎn)難點(diǎn)問(wèn)題，如LTE網(wǎng)絡(luò)中的小區(qū)間干擾、資源分配和Macrocell/Femtocell雙層網(wǎng)絡(luò)中的層間干擾、垂直切換等問(wèn)題。
本文的研究點(diǎn)主要包括以下幾個(gè)部分：
首先，LTE系統(tǒng)采用正交頻分多址（Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA），較碼分多址（Code Division Multiple Access，CDMA）系統(tǒng)多了一維頻域資源，論文給出一種時(shí)頻域跨層調(diào)度算法，靈活的使用頻率資源，獲得了頻域分集增益。
其次，隨著用戶對(duì)業(yè)務(wù)種類需求的增加，且要求系統(tǒng)保證不同業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service，QoS），需要討論在混合業(yè)務(wù)場(chǎng)景下LTE調(diào)度算法的性能。論文選取文件傳輸協(xié)議（File Transfer Protocol，F(xiàn)TP）和視頻業(yè)務(wù)作為典型的混合業(yè)務(wù)場(chǎng)景，提出一種自適應(yīng)緊急門限調(diào)度器來(lái)改善系統(tǒng)吞吐量，且保證多種業(yè)務(wù)的QoS需求。仿真表明新提出的算法不僅能夠保證實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的QoS，還能夠保證整個(gè)系統(tǒng)的性能不會(huì)受到很大影響。
第三，LTE系統(tǒng)中，小區(qū)間如何有效的分配資源（功率、子信道等）來(lái)抑制小區(qū)間干擾，得到好的系統(tǒng)性能和用戶體驗(yàn)是研究的一個(gè)熱點(diǎn)。論文在此部分中，首先利用博弈論理論，來(lái)分別給出了LTE上行系統(tǒng)和下行系統(tǒng)分布式無(wú)線資源分配算法。其中，小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)（Inter-Cell Interference Coordination，ICIC）模型化為非合作博弈，納什均衡的存在性證明了文中分布式資源分配方案的收斂性。并且根據(jù)博弈論提供的得到均衡態(tài)的方式，提出兩種分布式資源分配定時(shí)方案：串行和并行定時(shí)方案。這種方案結(jié)合軟頻率復(fù)用且利用不同移動(dòng)用戶的位置信息，達(dá)到改善系統(tǒng)性能的目的。
第四，提出一種SFR和上行干擾限制功率控制方案相結(jié)合的分布式資源分配方案，來(lái)有效利用頻率資源和功率資源，消除小區(qū)間干擾。這種方案適用于小區(qū)內(nèi)和小區(qū)間負(fù)載不均衡情況，根據(jù)負(fù)載狀況，動(dòng)態(tài)調(diào)整算法參數(shù)，達(dá)到良好系統(tǒng)性能。自適應(yīng)算法大大降低了最優(yōu)資源分配復(fù)雜度，小區(qū)間僅需要較少的信令來(lái)協(xié)調(diào)。最后新方案把多小區(qū)資源分配方案分解成分布式單小區(qū)問(wèn)題，算法簡(jiǎn)單靈活，更加適合實(shí)際應(yīng)用。
第五，隨著Femtocell的引入，一方面解決了室內(nèi)覆蓋和業(yè)務(wù)需求，另一方面也帶來(lái)了很多挑戰(zhàn)。首先是雙層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的存在，會(huì)引入新的跨層干擾，另外Femtocell布置的非計(jì)劃性和數(shù)目眾多的特性，要求科研工作者尋找一種分布式資源分配方案來(lái)對(duì)功率、頻率資源進(jìn)行合理分配，避免跨層干擾和大量的信令交互，獲得好的性能。在本文中，首先分析了雙層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中干擾問(wèn)題，然后利用博弈論提出一種功率和子載波分配的一種迭代過(guò)程，最后達(dá)到一個(gè)性能好的均衡點(diǎn)。最后提出一個(gè)宏蜂窩鏈路保證方案，用于在系統(tǒng)很擁擠的情況下，即承載的用戶數(shù)目較大時(shí)，保證用于移動(dòng)支撐性網(wǎng)絡(luò)的宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)中用戶服務(wù)質(zhì)量。仿真結(jié)果表明新的分布式資源分配算法可以很好的解決Macrocell/Femtocell雙層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下資源分配，且算法具有低復(fù)雜度。
第六，主要對(duì)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)性管理進(jìn)行研究，選取的模型是Macrocell/Femtocell雙層網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景。綜合多方面考慮，本章把切換決策問(wèn)題抽象成：在一個(gè)Macrocell/Femtocell雙層架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下，其中Femtocell是混合接入方式，網(wǎng)絡(luò)如何決定哪些用戶應(yīng)該發(fā)起切換請(qǐng)求；通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)好的目標(biāo)函數(shù)，如何為這些切換候選用戶找到合適的連接點(diǎn)？本文提出一個(gè)新的垂直切換方案來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。分為兩步：一是考慮多種實(shí)際的因素，如：信號(hào)接收強(qiáng)度、用戶類型、速率等來(lái)挑選需要發(fā)起切換的候選用戶，避免沒(méi)有必要的切換；二是考慮到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)情況，優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)。具體來(lái)講，設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)可以包含運(yùn)營(yíng)商所關(guān)心的網(wǎng)絡(luò)性能多種因素。在本篇論文中，把網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)負(fù)載的均衡性和業(yè)務(wù)成本的最小化作為混合的優(yōu)化目標(biāo)。此方案能夠綜合考慮運(yùn)營(yíng)商關(guān)注的多個(gè)因素，且能達(dá)到性能最優(yōu)，具有很好的操作性和擴(kuò)展性。仿真表明，新提出的算法與傳統(tǒng)算法相比，能夠更好的解決上面的切換決策問(wèn)題。
關(guān)鍵詞：LTE Macrocell/Femtocell 無(wú)線資源管理 資源分配 博弈論 垂直切換
目 錄
第一章 緒論 1
1.1 研究背景及意義 1
1.2 LTE發(fā)展概述及主要研究?jī)?nèi)容 2
1.3 Macrocell/Femtocell雙層網(wǎng)絡(luò)概述及主要研究?jī)?nèi)容 5
1.4 無(wú)線資源管理概述 6
1.5 論文主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排 7
第二章 LTE及Macrocell/Femtocell雙層網(wǎng)絡(luò)基本原理 10
2.1 LTE系統(tǒng) 10
2.1.1 LTE系統(tǒng)的基本知識(shí) 10
2.1.2 LTE系統(tǒng)資源分配的特點(diǎn) 13
2.2 Macrocell/Femtocell雙層網(wǎng)絡(luò) 16
2.2.1 Macrocell/Femtocell雙層網(wǎng)絡(luò)基本知識(shí) 16
2.2.2 Femtocell網(wǎng)絡(luò)基本架構(gòu) 18
2.2.3 Femtocell接入方式 19
2.2.4 Femtocell帶來(lái)的挑戰(zhàn) 20
2.3 移動(dòng)通信仿真平臺(tái)介紹 22
2.3.1 LTE系統(tǒng)級(jí)仿真平臺(tái)設(shè)計(jì) 23
2.3.2 Macrocell/Femtocell雙層架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)平臺(tái) 36
2.4 章后小結(jié) 38
第三章LTE網(wǎng)絡(luò)無(wú)線資源管理的研究 39
3.1 LTE TDD系統(tǒng)中混合業(yè)務(wù)下非理想賦形天線及調(diào)度算法研究 39
3.1.1 研究點(diǎn)背景 39
3.1.2 自適應(yīng)賦形天線 39
3.1.3 非理想天線下的系統(tǒng)模型 41
3.1.4 調(diào)度方案 42
3.1.5 仿真模型和結(jié)果 46
3.1.6 研究點(diǎn)小結(jié) 48
3.2 LTE系統(tǒng)有效的分布式動(dòng)態(tài)資源分配方案 51
3.2.1 引言 51
3.2.2 LTE上行干擾協(xié)調(diào)建模 52
3.2.3 LTE上行鏈路有效分布式資源分配 54
3.2.4 LTE下行鏈路DDRA 57
3.2.5 仿真結(jié)果和分析 58
3.2.6 研究點(diǎn)小結(jié) 60
3.3 OFDMA上行系統(tǒng)考慮小區(qū)間干擾的分布式資源分配方案 64
3.3.1 背景 64
3.3.2 系統(tǒng)模型和問(wèn)題優(yōu)化 64
3.3.3 分布式資源分配方案 66
3.3.4 仿真和結(jié)果分析 71
3.3.5 結(jié)論 72
3.4 章后小結(jié) 75
第四章 雙層架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中分布式資源分配 76
4.1 研究點(diǎn)背景 77
4.2 系統(tǒng)模型和問(wèn)題優(yōu)化 79
4.3 分布式資源分配 80
4.3.1 可行域 80
4.3.2 非協(xié)作資源分配博弈 81
4.3.3 宏蜂窩鏈路質(zhì)量保護(hù) 87
4.4 仿真模型和結(jié)果分析 89
4.4.1 系統(tǒng)仿真模型 89
4.4.2 仿真結(jié)果及分析 89
4.5 研究點(diǎn)小結(jié) 93
第五章 雙層架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中垂直切換方案 94
5.1 背景 94
5.2 系統(tǒng)描述和目標(biāo)函數(shù)的構(gòu)成 96
5.2.1 系統(tǒng)描述 96
5.2.2 目標(biāo)函數(shù) 97
5.3 新提出的VHO方案 98
5.3.1 挑選切換候選用戶 98
5.3.2 優(yōu)化組合目標(biāo)函數(shù) 100
5.4 性能評(píng)估和結(jié)果分析 101
5.4.1 仿真建立 101
5.4.2 仿真結(jié)果和分析 102
5.5 研究點(diǎn)小結(jié) 105
第六章 結(jié)束語(yǔ) 106
參考文獻(xiàn) 108
附錄 縮略語(yǔ)表 119
致 謝 122
作者攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄 123
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