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IMT-Advanced異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中資源管理策略研究
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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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家庭基站|雙層網(wǎng)絡(luò) |
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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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金 幣
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0 �。�金幣如何獲得？） |
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文件格式
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word |
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文件大小
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發(fā)布時(shí)間
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2019-09-23 20:23:00 |
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| 發(fā)布人 |
kj008 |
內(nèi)容簡(jiǎn)介：
IMT-Advanced異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中資源管理策略研究，博士學(xué)位論文，共137頁(yè)，62477字。
摘 要
近年來，隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)用戶、特別是室內(nèi)用戶對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)�，F(xiàn)有宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)面臨的主要挑戰(zhàn)已變成移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求的劇增與稀缺的無線頻譜資源之間的矛盾。為滿足用戶的業(yè)務(wù)需求，特別是室內(nèi)業(yè)務(wù)需求，在宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)中部署低功率接入點(diǎn)可進(jìn)一步拉近用戶與其服務(wù)基站的距離，減小信號(hào)到達(dá)用戶時(shí)的衰減，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的有效覆蓋、減少服務(wù)盲區(qū)，并為宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)分流數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)負(fù)載，提高頻譜資源利用效率。這些低功率的接入點(diǎn)，包括家庭基站(Femtocell Base Station, FBS)、中繼站(Relay Station, RS)和微微基站(Picocell Bsae Station, PBS)等，與原有的宏基站共同構(gòu)成了IMT-Advanced (IMT-A)異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)(Heterogeneous Network, HetNet)。各類型低功率節(jié)點(diǎn)的組網(wǎng)方式與傳統(tǒng)單層宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)不同，所以會(huì)帶來同頻干擾、移動(dòng)性切換失敗和物理層安全等一系列亟待解決的問題。
針對(duì)以上熱點(diǎn)問題，論文從干擾管理、資源分配、移動(dòng)性管理、物理層安全等方面，對(duì)IMT-A正交頻分多址(Orthogonal Frequency Division Multiple Access, OFDMA)異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究，給出相應(yīng)的優(yōu)化算法，以期提高頻譜效率和優(yōu)化系統(tǒng)整體性能。本論文主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下：
1.異構(gòu)雙層網(wǎng)絡(luò)中的干擾管理研究
針對(duì)異構(gòu)雙層網(wǎng)絡(luò)中的干擾問題，基于非合作博弈理論，提出了信道與功率控制的干擾管理策略。其中分布式干擾抑制策略綜合考慮信道衰落特性和層間干擾等因素，將上行功率分配與信道分配建模為非合作博弈過程，其效用函數(shù)設(shè)置為家庭基站的容量，并在此基礎(chǔ)上對(duì)由家庭用戶造成的跨層干擾進(jìn)行定價(jià)，以保護(hù)宏小區(qū)的無線傳輸鏈路�；诖朔呛献鞑┺哪Ｐ徒o出了分布式的干擾感知子信道調(diào)度與功率分配策略。本算法不但能有效降低跨層干擾，提高系統(tǒng)吞吐量，而且復(fù)雜度較低，通過分布式的方式實(shí)現(xiàn)干擾管理適合家庭基站場(chǎng)景，同時(shí)合理的定價(jià)機(jī)制能夠進(jìn)一步保障層間公平。
2. 異構(gòu)雙層網(wǎng)絡(luò)中的資源分配研究
針對(duì)現(xiàn)有異構(gòu)雙層網(wǎng)絡(luò)資源分配中極少考慮異質(zhì)服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service, QoS)的問題，提出了支持用戶異質(zhì)QoS需求的聯(lián)合子信道與功率分配機(jī)制。首先將用戶分為時(shí)延敏感型用戶和時(shí)延容忍型用戶，在功率受限和跨層干擾受限的情況下最大化全體用戶的傳輸速率，同時(shí)保證時(shí)延敏感型用戶的最小數(shù)據(jù)速率要求，以達(dá)到改善其服務(wù)質(zhì)量的目的。并進(jìn)一步將此問題建模為非線性混合整數(shù)規(guī)劃問題，為了有效的求解該問題，先通過時(shí)間共享因子將其轉(zhuǎn)換為凸優(yōu)化問題，采用拉格朗日對(duì)偶分解法將原問題分解為主問題和若干子問題，最后通過次梯度法分布式求解，得到近最優(yōu)子信道與功率資源聯(lián)合分配算法。由于近最優(yōu)資源分配算法復(fù)雜度較高，提出一種低復(fù)雜度的子信道調(diào)度與功率分配分開進(jìn)行的次優(yōu)資源分配算法。所提近最優(yōu)與次優(yōu)資源分配算法不僅能有效抑制跨層干擾，提高雙層網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率，而且能有針對(duì)性的滿足用戶異質(zhì)QoS需求。
3.異構(gòu)雙層網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)性管理研究
針對(duì)異構(gòu)雙層網(wǎng)絡(luò)中切換策略準(zhǔn)確性不足、信令開銷大、切換失敗率與不必要切換率較高的問題，提出基于用戶特征的切換算法和基于蟻群算法的移動(dòng)魯棒性優(yōu)化策略。首先根據(jù)異構(gòu)雙層網(wǎng)絡(luò)接入方式的不同給出家庭小區(qū)與宏小區(qū)之間的切換流程，綜合考慮雙層網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍不對(duì)稱、用戶移動(dòng)性特征不均勻的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種低復(fù)雜度切換優(yōu)化算法；并進(jìn)一步分析了基于X2接口的異構(gòu)雙層網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性增強(qiáng)架構(gòu)，給出相應(yīng)的切換流程，并對(duì)其信令開銷進(jìn)行建模評(píng)估；最后提出了異構(gòu)雙層網(wǎng)絡(luò)中基于蟻群算法的移動(dòng)魯棒性優(yōu)化策略。所提算法可以有效地降低切換引起的無線鏈路失敗率和不必要切換數(shù)目，提高異構(gòu)雙層網(wǎng)絡(luò)的切換性能。
4. 異構(gòu)中繼網(wǎng)絡(luò)中的保密資源分配研究
針對(duì)OFDMA雙向中繼網(wǎng)絡(luò)中存在竊聽者場(chǎng)景下的物理層安全問題，基于拉格朗日對(duì)偶法，提出子載波配對(duì)、子載波分配及功率分配的物理層安全容量最大化算法。首先在雙向中繼網(wǎng)絡(luò)中將聯(lián)合子載波配對(duì)、子載波分配和功率分配問題建模為一個(gè)混合整數(shù)規(guī)劃問題，通過拉格朗日對(duì)偶法和內(nèi)點(diǎn)法得到一個(gè)漸進(jìn)最優(yōu)解，并設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的資源分配算法。由于最優(yōu)解的求解過程較為復(fù)雜，為減小復(fù)雜度，提出了一種固定其中二維資源分配，優(yōu)化第三維資源分配的次優(yōu)化算法。所提算法有效地提升了異構(gòu)中繼網(wǎng)絡(luò)中的物理層安全容量。
關(guān)鍵詞：異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)，家庭基站，雙層網(wǎng)絡(luò)，雙向中繼，資源分配，移動(dòng)性管理，干擾抑制，物理層安全
目錄
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.1.1 移動(dòng)通信發(fā)展簡(jiǎn)史 1
1.1.2 宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)面臨的挑戰(zhàn) 2
1.1.3 異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中的Femtocell 4
1.1.4 異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中的Two-way relay 5
1.2 IMT-A異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀 8
1.2.1 異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)面臨的技術(shù)挑戰(zhàn) 8
1.2.2 異構(gòu)雙層網(wǎng)絡(luò)干擾管理研究現(xiàn)狀 9
1.2.3 異構(gòu)雙層網(wǎng)絡(luò)資源分配研究現(xiàn)狀 11
1.2.4 異構(gòu)雙層網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性管理研究現(xiàn)狀 12
1.2.5 異構(gòu)中繼網(wǎng)絡(luò)保密資源分配研究現(xiàn)狀 14
1.3 論文主要研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn) 14
1.3.1 論文的主要研究?jī)?nèi)容 14
1.3.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)與論文結(jié)構(gòu) 17
第二章 異構(gòu)雙層網(wǎng)絡(luò)中的干擾管理策略研究 19
2.1 引言 19
2.2 系統(tǒng)模型與問題建模 20
2.2.1 系統(tǒng)模型與假設(shè) 20
2.2.2 問題建模 22
2.3 干擾感知的資源分配機(jī)制 23
2.3.1 博弈框架 23
2.3.2 基于干擾感知的子信道分配 24
2.3.3 基于干擾感知的功率分配 25
2.3.4 干擾感知半分布式算法 26
2.4 仿真結(jié)果與討論 27
2.4.1 對(duì)比算法 28
2.4.2 性能仿真分析 30
2.5 本章小結(jié) 33
第三章 異構(gòu)雙層網(wǎng)絡(luò)中的資源分配機(jī)制研究 35
3.1 引言 35
3.2 系統(tǒng)模型與問題建模 36
3.2.1 系統(tǒng)模型與假設(shè) 36
3.2.2 問題建模 38
3.3 子信道與功率分配算法 39
3.3.1 基于時(shí)間共享放松的優(yōu)化問題轉(zhuǎn)換 39
3.3.2 對(duì)偶分解法 41
3.3.3 迭代資源分配算法 44
3.3.4 下行資源分配 45
3.3.5 一種低復(fù)雜度算法 45
3.3.6 復(fù)雜度分析 47
3.4 仿真結(jié)果與討論 47
3.5 本章小結(jié) 55
第四章 異構(gòu)雙層網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)性管理策略研究 56
4.1 基于用戶特征的低復(fù)雜度切換算法 56
4.1.1 系統(tǒng)模型 57
4.1.2 切換流程 58
4.1.3 信令分析模型 58
4.1.4 一種低復(fù)雜度的切換優(yōu)化算法 59
4.1.5 分析模型 59
4.1.6 性能分析 62
4.2 移動(dòng)性增強(qiáng)架構(gòu)研究 64
4.2.1 移動(dòng)性增強(qiáng)提出的背景 64
4.2.2 移動(dòng)性架構(gòu)增強(qiáng)候選技術(shù) 65
4.2.3 移動(dòng)性增強(qiáng)模式中的切換流程 68
4.2.4 信令分析模型 69
4.2.5 性能分析 72
4.3 Femtocell移動(dòng)魯棒性優(yōu)化 74
4.3.1 移動(dòng)魯棒性優(yōu)化簡(jiǎn)介 74
4.3.2 MRO事件探測(cè) 74
4.3.3 基于蟻群算法的移動(dòng)魯棒性優(yōu)化控制策略 77
4.3.4 性能評(píng)價(jià) 80
4.4 總結(jié) 86
第五章 異構(gòu)中繼網(wǎng)絡(luò)保密資源分配研究 88
5.1 引言 88
5.2 系統(tǒng)模型與問題建模 89
5.2.1 系統(tǒng)模型 89
5.2.2 問題建模 92
5.3 保密資源分配 93
5.3.1 近最優(yōu)算法 93
5.3.2 次優(yōu)算法 95
5.4 仿真結(jié)果與討論 96
5.4.1 仿真參數(shù)設(shè)置 96
5.4.2 仿真結(jié)果與分析 96
5.5 結(jié)論 99
第六章 總結(jié)和展望 100
6.1 全文研究工作總結(jié) 100
6.2 未來研究工作展望 101
參考文獻(xiàn) 103
附錄1：縮略語(yǔ)中英文對(duì)照表 115
致謝 118
附錄2：作者攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文、專利、專著與標(biāo)準(zhǔn)化提案 120
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