新一代移動通信網(wǎng)絡(luò)中基于干擾協(xié)調(diào)的資源分配.pdf

1、在以O(shè)FDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)技術(shù)為核心的新一代移動通信系統(tǒng)中，為進一步提高系統(tǒng)性能，將網(wǎng)絡(luò)進行異構(gòu)化已成為研究的熱點，受到了學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。其中，LTE-Advanced就已將異構(gòu)網(wǎng)納入其新特性中。通過在宏蜂窩覆蓋下部署一些低功率節(jié)點，如中繼、femto，可以增加容量、擴大覆蓋，但同時也帶來了一些重要的技術(shù)挑戰(zhàn)。尤其是新引入的低功率節(jié)點會在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)

2、中競爭無線資源，并在傳統(tǒng)的宏小區(qū)內(nèi)產(chǎn)生一些新的小區(qū)，使網(wǎng)絡(luò)中呈現(xiàn)出復(fù)雜的干擾環(huán)境，可能會嚴重影響整個系統(tǒng)的性能，甚至使異構(gòu)網(wǎng)的優(yōu)勢無法體現(xiàn)。因此，干擾管理研究在具有異構(gòu)特性的新一代移動通信網(wǎng)絡(luò)中顯得尤為重要。本文針對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，詳細研究了宏小區(qū)中分別存在中繼節(jié)點和femto基站所呈現(xiàn)的干擾情形，提出了新的干擾分析模型及方法，設(shè)計了基于凸優(yōu)化、博弈理論的多種干擾協(xié)調(diào)機制，為干擾受限條件下的無線網(wǎng)絡(luò)資源分配提供了新的有效解決途徑。

3、　　本文首先通過分析中繼網(wǎng)絡(luò)的干擾情形，制定了劃分干擾級別的一般規(guī)則，并提出了一個整體干擾協(xié)調(diào)策略。該策略根據(jù)不同負載情況采用不同算法進行資源分配，增加了資源使用的靈活性。通過在實際信道模型中進行仿真驗證，表明該策略通過進行小區(qū)內(nèi)/小區(qū)間的干擾協(xié)調(diào)，能夠有效提高系統(tǒng)吞吐量、提高系統(tǒng)的頻譜效率并增加調(diào)度的用戶數(shù)量。同時該方法沒有復(fù)雜的理論模型，設(shè)計相對簡單并且實用，為干擾受限條件下的資源分配提供了有效的解決途徑。
　　同時，由于無線

4、網(wǎng)絡(luò)中的干擾主要來源于用戶之間對于有限資源的競爭，如果不建立相應(yīng)的協(xié)調(diào)機制，用戶會從自身的利益出發(fā)占用更多的資源，而不考慮對其他用戶所造成的影響?；诖?，針對干擾協(xié)調(diào)問題采用非合作博弈模型來建模，設(shè)計了一個干擾協(xié)調(diào)博弈框架。在該框架中，將用戶的效用定義為自身受到的干擾和產(chǎn)生的干擾總和，通過為單個用戶選擇最優(yōu)分配策略來實現(xiàn)系統(tǒng)整體收益的最大化。而且在資源分配時，考慮了用戶的信號強度，不會出現(xiàn)為了減少干擾而過分犧牲用戶速率的情形。同時為了降

5、低求解難度，將原博弈框架分解為兩個子博弈，并設(shè)計了預(yù)處理算法，使得博弈能夠經(jīng)過少量迭代得到資源分配的均衡，呈現(xiàn)出跟理論分析一致的結(jié)果。仿真結(jié)果表明，相比于不進行干擾協(xié)調(diào)的機制，該方法能夠有效減少干擾并提高系統(tǒng)吞吐量。
　　研究干擾協(xié)調(diào)的主要目的之一是要增加用戶的速率，然而中繼節(jié)點的引入使得目前蜂窩網(wǎng)絡(luò)的傳輸從單跳變?yōu)榱藘商那樾?，用戶速率還會受限于中繼節(jié)點回程（backhaul）鏈路的吞吐量。因此本文基于Stackelberg模型

6、設(shè)計了一個兩階段博弈算法進行資源分配，通過充分考慮回程鏈路與接入（access）鏈路之間的相互影響，實現(xiàn)了兩跳鏈路之間的吞吐量平衡。相比于平均分配或者在兩跳鏈路中分別進行最優(yōu)功率分配的機制而言，該算法解決了兩跳鏈路存在的瓶頸問題，提高了系統(tǒng)的整體性能。同時該方法不僅可以用于本文所述場景，也能夠用于解決小區(qū)間負載不平衡等問題。
　　與中繼節(jié)點不同，femto基站的部署帶來了一個非常突出的問題，即盲區(qū)問題。在下行傳輸環(huán)境下，位于宏小區(qū)

7、邊緣的宏用戶會受到來自附近femto基站的強烈干擾。因此，針對這些受到強干擾的用戶，本文通過為其選擇接入點來達到減少干擾的目的。在開放模式下，設(shè)計了基于圖論的強干擾避免算法和基于完全信息博弈的干擾協(xié)調(diào)算法。前者在資源充足的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)干擾避免。而后者通過用戶間的博弈，能夠?qū)崿F(xiàn)更一般情形下的用戶接入點選擇。在混合接入模式下，設(shè)計了基于雙方叫價拍賣博弈的干擾協(xié)調(diào)算法，通過對接入權(quán)限的拍賣，促使femto基站愿意預(yù)留部分資源來接入非授權(quán)用