異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)作與協(xié)調(diào)增強機制研究.pdf

1、隨著移動互聯(lián)網(wǎng)逐漸成為未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢，移動通信網(wǎng)絡(luò)由于其廣泛部署性而成為移動終端接入互聯(lián)網(wǎng)的首選。移動設(shè)備逐取代桌面PC成為用戶終端，這意味著原來通過有線方式進入互聯(lián)網(wǎng)的流量將轉(zhuǎn)移到無線通信系統(tǒng)中來，移動通信系統(tǒng)的接入承載能力將面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。另一方面，有統(tǒng)計表明，未來80％～90%的系統(tǒng)吞吐量將發(fā)生在室內(nèi)和熱點游牧場景，室內(nèi)、低速、熱點將可能成為移動互聯(lián)網(wǎng)時代更重要的應(yīng)用場景?；诖?，下一代移動通信系統(tǒng)引入了各種低功率節(jié)點，用于對上

2、述場景進行增強。這種新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)稱為異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。
　　 與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的演進相適應(yīng)，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和處理機制不再適用于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，因此需要進行改進和增強，以適應(yīng)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的特殊場景。而對于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的處理，一種重要的手段是協(xié)作與協(xié)調(diào)機制的應(yīng)用。一方面，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中涉及宏蜂窩和低功率節(jié)點兩種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，前者可規(guī)劃部署且具有最大的開放性，后者部署位置隨意性較強且開放性可變，兩者在共信道部署情況下將產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾。此時，節(jié)點之間通過交互信息協(xié)調(diào)工作是消

3、除干擾的有效手段。另一方面，低功率節(jié)點的引入為協(xié)作通信技術(shù)的應(yīng)用提供了架構(gòu)基礎(chǔ)。異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)節(jié)點密集分布，這使得節(jié)點間協(xié)作成為可能；Relay節(jié)點的引入則為移動用戶與中繼的協(xié)作提供了便利?？傊瑓f(xié)調(diào)與協(xié)作機制對于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)具有重要意義，是增強其性能的重要途徑。
　　 本文中對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)協(xié)作與協(xié)調(diào)機制的研究包括干擾協(xié)調(diào)處理和協(xié)作功率分配兩方面內(nèi)容。首先，嚴(yán)重的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間干擾是異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)面臨的主要挑戰(zhàn)之一。我們從時域和頻域兩個方面研究

4、了協(xié)調(diào)機制在干擾協(xié)調(diào)中的應(yīng)用。在此過程中，我們提出了一種適用于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的熱點引力移動模型，用于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)性能仿真。其次，協(xié)作和協(xié)調(diào)機制在實際實現(xiàn)中面臨的一個重要困難是協(xié)作信息交互導(dǎo)致的信令開銷。我們以協(xié)作功率分配場景為例研究了這一問題。本文將上述研究內(nèi)容細分為四個研究點，主要貢獻和創(chuàng)新點如下：
　　 1)提出了一種基于統(tǒng)一場論的熱點移動模型框架，并為異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計了一種具體實現(xiàn)：熱點引力模型
　　 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)是針對用戶和流量呈

5、現(xiàn)聚集特性的室內(nèi)、熱點、覆蓋空洞等特殊場景提出的解決方案，其移動模型與傳統(tǒng)移動模型呈現(xiàn)不同特性。而從現(xiàn)實世界來看，人們的日?；顒油窒拊谟邢薜娜舾蓚€場所之間，即人們在大的時空尺度上的運動呈現(xiàn)出一種規(guī)律性的聚集特性，或者說人的日常運動是由一系列熱點構(gòu)成的。因此，規(guī)律性的熱點運動是比傳統(tǒng)均勻隨機運動更加普遍存在的情況，這種場景下的移動模型需要進行研究。我們根據(jù)現(xiàn)實世界中人的運動行為與統(tǒng)一場作用下粒子運動行為的相似性，提出了一種基于統(tǒng)一場論

6、的熱點移動建模框架，即將人的移動看作某種場作用的結(jié)果?；谶@一理論，我們將場具現(xiàn)為引力場，設(shè)計了一種熱點引力移動模型。仿真證明，熱點引力移動模型更加符合現(xiàn)實世界人們?nèi)粘Ｉ钪械囊苿犹匦?，適合于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)仿真和性能評估。
　　 2)針對宏蜂窩和家庭基站共存且共信道部署的場景，提出了一種通用時域干擾協(xié)調(diào)方案
　　 時域干擾協(xié)調(diào)是異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的一種典型的資源分割干擾協(xié)調(diào)方法，其特征在于減少干擾源的傳輸時間，從而提升被干擾節(jié)點的性能

7、，是一種單參數(shù)控制的方法。我們將其改為雙參數(shù)控制，稱為通用時域干擾協(xié)調(diào)。理論分析證明，我們的方案較之傳統(tǒng)方案在可達容量界、吞吐量、實現(xiàn)和靈活性方面均具有明顯優(yōu)勢，系統(tǒng)仿真結(jié)果同樣證明我們的方案具有更優(yōu)的性能。
　　 3)針對宏蜂窩和家庭基站共存且共信道部署的場景，提出了一種時頻域混合的干擾協(xié)調(diào)方案，并設(shè)計了相應(yīng)的資源分配算法
　　 頻域干擾協(xié)調(diào)是異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中另一種典型的資源分割干擾協(xié)調(diào)方法，其基本思想是將相互干擾的兩個節(jié)點

8、中的一個調(diào)整到一個不干擾的頻帶上，從而避免干擾。通過分析時域和頻域兩種干擾協(xié)調(diào)方法的優(yōu)缺點，我們發(fā)現(xiàn)兩者存在一定互補關(guān)系?；诖?，我們將這兩種方法混合使用，提出一種混合域干擾協(xié)調(diào)方案。該方案的核心在于資源分配，因此我們設(shè)計了一種兩輪循環(huán)的資源分配算法。仿真證明，相比較于時域和頻域干擾協(xié)調(diào)兩種方案各自本身，我們的方法在吞吐量和滿足速率需求的用戶數(shù)方面均具有明顯提升。
　　 4)針對能量受限的AF協(xié)作中繼場景，提出了一種功率分配方法

9、，能夠使得其分配結(jié)果在用戶移動情況下盡可能長的時間里保持有效
　　 協(xié)作與協(xié)調(diào)技術(shù)從理論走向?qū)嵺`過程中面臨的困難之一是節(jié)點間信息交互導(dǎo)致的過高的信令開銷問題。我們以功率受限的AF協(xié)作中繼場景為例，研究如何在用戶和中繼之間分配功率，以使得該分配結(jié)果在用戶移動情況下保持最長的有效時間。由于問題的復(fù)雜性，我們僅得到了一個次優(yōu)解。但通過數(shù)值仿真可以證明，該次優(yōu)解與理論最優(yōu)解之間僅存在極小的誤差。因此，該次優(yōu)解可看作準(zhǔn)最優(yōu)解。