基于時(shí)分雙工的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)資源管控技術(shù)研究.pdf

1、隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展和智能終端設(shè)備的普及，移動(dòng)業(yè)務(wù)呈現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)。為了滿足人們持續(xù)增長(zhǎng)的高數(shù)據(jù)速率需求，移動(dòng)通信系統(tǒng)從傳統(tǒng)的宏蜂窩架構(gòu)向包含多種密集布設(shè)的微蜂窩基站且支持終端直通技術(shù)(D2D，Device-to-Device)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)。一方面，密集布設(shè)微蜂窩基站可以有效增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)盲區(qū)和熱點(diǎn)地區(qū)的覆蓋情況；另一方面，作為第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)(5G，The5th Generation Mobile Communication)

2、的備選方案，D2D技術(shù)允許距離較近的移動(dòng)終端復(fù)用蜂窩資源直接進(jìn)行通信，從而達(dá)到提升頻譜效率、減小基站負(fù)載的目的。與此同時(shí)，各種新型移動(dòng)應(yīng)用的涌現(xiàn)使得網(wǎng)絡(luò)中不同小區(qū)的業(yè)務(wù)量呈現(xiàn)出突發(fā)性和時(shí)變特性，造成網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)分布的不對(duì)稱性。時(shí)分雙工技術(shù)(TDD, Time Division Duplex)通過(guò)靈活調(diào)整上下行子幀的配置來(lái)匹配不對(duì)稱業(yè)務(wù)，可有效提升網(wǎng)絡(luò)資源的利用率。為了更好地適應(yīng)移動(dòng)業(yè)務(wù)的動(dòng)態(tài)變化特性，動(dòng)態(tài)TDD技術(shù)允許基站根據(jù)當(dāng)前小區(qū)的瞬

3、時(shí)業(yè)務(wù)變化來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)整上下行子幀配置。因此，基于TDD的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)將是未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的重要形態(tài)。
　　基于TDD的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中存在多種類(lèi)型的干擾，包括宏蜂窩與微蜂窩之間的層間干擾、宏蜂窩/微蜂窩的層內(nèi)干擾、D2D終端與宏蜂窩/微蜂窩之間的層內(nèi)干擾、以及復(fù)用相同蜂窩資源的D2D終端之間的層內(nèi)干擾。同時(shí)，動(dòng)態(tài)TDD技術(shù)的引入會(huì)帶來(lái)交叉子幀干擾問(wèn)題(即下行基站對(duì)上行基站的干擾和上行終端對(duì)下行終端的干擾)，加重了網(wǎng)絡(luò)中的干擾。這些復(fù)雜的干擾問(wèn)題成為制

4、約網(wǎng)絡(luò)性能提升的主要因素。因此，在基于TDD的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，如何設(shè)計(jì)高效的動(dòng)態(tài)資源管控機(jī)制來(lái)有效克服干擾的影響成為一個(gè)重要研究方向。本文的主要研究?jī)?nèi)容簡(jiǎn)述如下：
　　1、提出了一種基于動(dòng)態(tài)TDD的匹配網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)分布的最優(yōu)資源分配方法，該方法可最小化小區(qū)的服務(wù)時(shí)間并最大化網(wǎng)絡(luò)的能效。在基于TDD的大規(guī)模微蜂窩系統(tǒng)中，本文第二章首先根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中小區(qū)的業(yè)務(wù)需求將小區(qū)進(jìn)行分類(lèi)，研究了不同業(yè)務(wù)負(fù)載對(duì)蜂窩鏈路成功傳輸概率的影響。然后在給定微蜂窩基站

5、和終端業(yè)務(wù)需求分布的情況下，以最小化每類(lèi)小區(qū)的服務(wù)時(shí)間為目標(biāo)，求解出了與每類(lèi)小區(qū)上下行業(yè)務(wù)需求最優(yōu)匹配的上下行子幀配置因子，并利用動(dòng)態(tài)TDD技術(shù)配置上下行子幀，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)與資源的最優(yōu)匹配。與傳統(tǒng)的半靜態(tài)TDD方式相比，我們發(fā)現(xiàn)在小區(qū)間業(yè)務(wù)需求差異較大時(shí)，利用動(dòng)態(tài)TDD技術(shù)可以極大地減小網(wǎng)絡(luò)的平均服務(wù)時(shí)間。進(jìn)一步，我們又研究了網(wǎng)絡(luò)的能效與資源分配的關(guān)系。結(jié)果表明提出的上下行子幀配置方案不僅可以最小化小區(qū)服務(wù)時(shí)間，還可以最大化網(wǎng)絡(luò)能效。

6、
　　2、提出了一種適用于動(dòng)態(tài)TDD的異構(gòu)蜂窩和D2D共存的混合網(wǎng)絡(luò)干擾建模方法，并設(shè)計(jì)了一種D2D終端的信道接入機(jī)制，該機(jī)制可有效緩解D2D終端與蜂窩終端之間的相互干擾，提升鏈路的成功傳輸概率和網(wǎng)絡(luò)的吞吐量性能。本文第三章首先利用隨機(jī)幾何理論對(duì)上述網(wǎng)絡(luò)的干擾進(jìn)行建模，并求解出蜂窩鏈路和D2D鏈路的成功傳輸概率及網(wǎng)絡(luò)的平均吞吐量表達(dá)式。其次，研究了上下行子幀配置因子、基站密度和偏置因子等網(wǎng)絡(luò)重要性能參數(shù)對(duì)蜂窩鏈路的上下行成功傳輸概

7、率的影響，以及D2D終端的接入機(jī)制對(duì)網(wǎng)絡(luò)吞吐量的影響。同時(shí)，還對(duì)鏈路成功傳輸概率和D2D終端活動(dòng)性的折衷關(guān)系進(jìn)行了深入研究，得到了最大化網(wǎng)絡(luò)吞吐量的D2D終端信道接入?yún)?shù)。
　　3、在基于TDD方式的蜂窩網(wǎng)絡(luò)中設(shè)計(jì)了一種分布式D2D協(xié)作傳輸機(jī)制來(lái)有效提升網(wǎng)絡(luò)的吞吐量和能效。本文第四章在單小區(qū)TDD蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，考慮D2D終端復(fù)用蜂窩上行信道資源的場(chǎng)景，D2D終端通過(guò)與蜂窩用戶并傳來(lái)接入信道，并幫助蜂窩用戶重傳來(lái)彌補(bǔ)并傳時(shí)造成的蜂窩吞