LTE自組織網絡關鍵技術研究.pdf

1、隨著用戶服務質量(QoS，Quality of Service)需求的快速提高及用戶數量的迅速增長，移動通信網絡的規(guī)模越來越大，網絡結構也愈發(fā)復雜，這使得網絡優(yōu)化需要涉及眾多參數，最終造成網絡優(yōu)化和設計越來越困難。為了在未來移動通信網絡中解決上述問題，網絡運營商與下一代移動通信網絡聯盟(NGMN，Next Generation Mobile Network)一起于2006年提出了自組織網絡(Self-Organizing Network

2、，SON)的概念，并希望將其應用于長期演進(LTE，Long Term Evolution)網絡及其演進版本中。SON的核心思路是通過在無線接入網絡中引入自組織技術，進而實現無線接入網絡的自規(guī)劃、自配置、自優(yōu)化、自調整、自診斷和自修復功能，最終減少人工干預，達到降低網絡運營維護的目的。本論文將主要針對SON中自優(yōu)化領域內的相關問題進行研究，包括負載均衡問題，呼叫準入控制(CAC，CallAdmission Control)與機會調度問題

3、，小區(qū)間干擾協調問題、及能量效率優(yōu)化算法等。
　　論文第二章研究了LTE網絡中最小化網絡負載的負載均衡算法。首先提出一個多目標優(yōu)化問題（MOP，Multi-objective Optimization Problem），目標函數為負載均衡指示變量和網絡平均負載，限制條件為系統資源數及用戶QoS需求。然后利用線性加權和法將此問題轉化為一個單目標優(yōu)化問題(SOP，Single-objectiveOptimization Problem

4、)。在分析新問題最優(yōu)解的復雜度和開銷后，提出了最小化網絡負載的負載均衡算法。仿真結果表明所提算法可在占用更少系統資源的條件下，有效降低新通話阻塞率并提高網絡頻譜效率。
　　其次，論文第三章研究了LTE網絡中考慮機會調度與QoS保障的呼叫準入控制算法。使用基于累積分布函數調度(CS，Cumulative Distribution Functionbased Scheduling)作為基本調度策略。在利用機會輪詢(ORR，Opport

5、unisticRound Robin)法計算CS的統計性能下界后，推導出CS/ORR法的多用戶分集增益（MDG，Multi-user Diversity Gain）。然后提出一個適用于不同QoS需求的CS與ORR法相結合的CAC算法，其可保守預估滿足用戶QoS需求所需資源數。仿真結果表明聯合考慮機會調度與用戶的QoS需求，所提算法可有效降低新通話阻塞率，為用戶提供更好的QoS保障，只會略微降低一點網絡總吞吐量。
　　第三，為了消除

6、小區(qū)間干擾(ICI，Inter-cell Interference)，進一步提升邊緣用戶吞吐量，論文第四章采用了部分頻率復用(FFR,Fractional FrequencyReuse)技術，并結合前兩章內容，對具有不同QoS需求的負載均衡算法進行研究。首先提出一個MOP，其目標函數分別是針對有QoS需求用戶的小區(qū)內及小區(qū)間的負載均衡指示變量，和針對無QoS需求用戶的總效用函數，限制條件為系統資源數和用戶QoS需求。對該問題最優(yōu)解的復雜

7、度和開銷分析之后，提出一個分布式、低開銷的負載均衡算法結構，其包括一個混合調度策略、一個提供QoS保障的基于CS與ORR法相結合的CAC算法和一個有QoS認知的小區(qū)內及小區(qū)間切換的負載均衡算法。仿真結果表明所提算法結構可有效逼近最優(yōu)解，對有QoS需求的用戶可顯著降低新通話阻塞率;對無QoS需求的用戶可明顯提升總效用函數及邊緣用戶吞吐量，僅以犧牲少許網絡總吞吐量為代價。
　　第四，隨著高數據速率業(yè)務的廣泛應用及能量消耗的快速增加，能

8、量效率(EE，Energy Efficiency)已成為LTE網絡一個新的研究熱點。由于EE和頻譜效率(SE，Spectral Efficiency)的性能是互相耦合的，在某些場景下甚至是互相沖突的。因此，如何優(yōu)化網絡的EE和SE是個值得研究的課題。論文第五章對LTE網絡無干擾環(huán)境下的EE-SE聯合優(yōu)化算法進行了研究，和以往文獻不同，本章力求同時優(yōu)化網絡的EE和SE。首先提出一個MOP并分析其帕累托最優(yōu)解的特性。再通過線性加權和法將此M

9、OP轉化為一個SOP并證明其既非準凹也非準凸。然后提出一個應用粒子群優(yōu)化(PSO，Particle Swarm Optimization)方法的能效算法，仿真結果表明所提算法可有效降低總發(fā)射功率，提升EE，只需犧牲一點SE為代價。
　　最后，論文第六章研究了LTE網絡有干擾環(huán)境下的EE-SE聯合優(yōu)化算法。首先提出一個MOP，然后利用線性加權和法將此MOP轉化為一個SOP。通過調整加權系數，可分別將其轉換為SE最大化問題、EE最大化

10、問題及EE-SE之間的折衷(EST,EE-SE Tradeoff)問題。利用兩個凹函數之差規(guī)劃(DCP，Differencebetween Two Convex Functions Programming)可提出求解SE最大化問題的最優(yōu)化算法。同時利用DCP和分式規(guī)劃(FP，Fractional Programming)可提出求解EE最大化問題的最優(yōu)化算法。利用PSO方法可提出求解EST問題的聯合優(yōu)化算法，仿真結果表明通過適當調整加權系