無(wú)線蜂窩通信網(wǎng)干擾管理和越區(qū)切換技術(shù)研究.pdf

1、隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展和智能終端的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)無(wú)線蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)的容量、延時(shí)和覆蓋范圍等性能都提出了更高的要求。為了提高無(wú)線蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)的性能，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界正研究在傳統(tǒng)無(wú)線宏蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)中加入許多小功率基站，如微微蜂窩基站(picocell base station)、毫微微蜂窩基站(femtocell base station)和中繼站(relay)等。這樣形成的異構(gòu)的新興無(wú)線網(wǎng)絡(luò)已成為當(dāng)前無(wú)線通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。相比于傳統(tǒng)無(wú)線

2、宏蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)，新興無(wú)線蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)中基站密度大大增加，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜度也大大增加;且由于頻率資源非常有限，不同類型的基站一般使用相同的頻段，因而網(wǎng)絡(luò)中不但同頻干擾強(qiáng)度大大增加，而且干擾結(jié)構(gòu)和環(huán)境的復(fù)雜度也大大增加。同時(shí)，隨著基站密度的增加，移動(dòng)終端同時(shí)檢測(cè)到的基站數(shù)量增大，且不同類型基站的覆蓋范圍大小不同且相互部分重疊，這就使得移動(dòng)終端的越區(qū)切換管理更加復(fù)雜。因此，新興無(wú)線蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)中有效的干擾管理和越區(qū)切換管理成為提高網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵

3、，對(duì)其進(jìn)行的研究具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。
　　本論文研究了新興無(wú)線蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)中的干擾管理和越區(qū)切換管理問(wèn)題，以期為新興無(wú)線蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用提供一定的理論和技術(shù)參考，主要研究?jī)?nèi)容、創(chuàng)新點(diǎn)和取得的研究成果如下:
　　(1)研究了小區(qū)內(nèi)不同移動(dòng)終端之間的干擾管理問(wèn)題。本文分析了當(dāng)前基于信號(hào)與泄漏加噪聲比(signal to leakage plus noise ratio，SLNR)準(zhǔn)則的小區(qū)內(nèi)多個(gè)移動(dòng)終端發(fā)射波束成

4、形的干擾管理方案存在的局限性及產(chǎn)生局限性的根本原因。針對(duì)其局限性及原因，本文提出了一種改進(jìn)方案。該改進(jìn)方案把接收機(jī)結(jié)構(gòu)融合在發(fā)射波束優(yōu)化過(guò)程中，使優(yōu)化過(guò)程中的信號(hào)強(qiáng)度和干擾（或泄漏）強(qiáng)度的描述更加準(zhǔn)確，從而使設(shè)計(jì)的發(fā)射波束成形矩陣能夠更加準(zhǔn)確地減小不同移動(dòng)終端間的同信道干擾。從理論上看，該改進(jìn)方案具有更加通用的形式，適用于多種接收機(jī)結(jié)構(gòu)或接收濾波器;從系統(tǒng)性能看，相比于原始方案，該改進(jìn)方案對(duì)系統(tǒng)中移動(dòng)終端的等效信號(hào)干擾噪聲比有約2 dB

5、的增益，因而提高了數(shù)據(jù)傳輸速率。在多路數(shù)據(jù)流情景下，本文提出了一種新的模型，即層SLNR模型，該模型不但考慮了不同移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)流之間的干擾，而且考慮了來(lái)自相同移動(dòng)終端的不同數(shù)據(jù)流之間的干擾（在前人的研究中，此干擾一般假設(shè)為零）。因而信號(hào)與干擾的建模更加精細(xì)和準(zhǔn)確，優(yōu)化得到的預(yù)編碼向量使信號(hào)與干擾達(dá)到了較好的平衡，從而使每個(gè)數(shù)據(jù)流都有較好的接收質(zhì)量。
　　(2)研究了用于小區(qū)間干擾管理的無(wú)線信令信息的傳輸設(shè)計(jì)問(wèn)題。本文綜合分析了無(wú)

6、線蜂窩通信網(wǎng)中傳統(tǒng)無(wú)線信令信號(hào)的功能、設(shè)計(jì)要求、特點(diǎn)、傳輸和實(shí)現(xiàn)方式，并在不同場(chǎng)景下比較了多種典型的傳統(tǒng)無(wú)線信令的檢測(cè)性能。由于傳統(tǒng)無(wú)線信令信號(hào)是針對(duì)服務(wù)基站而設(shè)計(jì)的（只用于小區(qū)內(nèi)信息傳輸），且在無(wú)線信道中極易受到干擾，傳統(tǒng)無(wú)線信令信號(hào)不適用于新興無(wú)線蜂窩通信網(wǎng)小區(qū)間無(wú)線信令傳輸，特別是在多發(fā)射機(jī)環(huán)境下其檢測(cè)性能迅速惡化。因此，本文提出了一種新的無(wú)線信令信號(hào)方案（即單音信令信號(hào)方案），從理論上證明了該信號(hào)具有最大碼距可分離性和多信號(hào)可分

7、辨性，詳細(xì)分析了單音信令信號(hào)的檢測(cè)方法和在多種場(chǎng)景下的檢測(cè)性能，并比較了單音信令與傳統(tǒng)無(wú)線信令的檢測(cè)性能。結(jié)果表明，單音信令信號(hào)的強(qiáng)抗干擾、大覆蓋、低開(kāi)銷等特性使其非常適用于復(fù)雜的異構(gòu)無(wú)線通信網(wǎng)小區(qū)間無(wú)線信令傳輸;即使在多發(fā)射機(jī)同時(shí)發(fā)射信號(hào)的情況下，該信令信號(hào)方案仍具有優(yōu)異的檢測(cè)性能。
　　(3)研究了無(wú)線蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)中分布式動(dòng)態(tài)小區(qū)間干擾管理問(wèn)題（小區(qū)間數(shù)據(jù)傳輸方案設(shè)計(jì)和優(yōu)化）?；趩我粜帕钚盘?hào)，本文從物理層實(shí)際出發(fā)，研究提出了

8、兩種小區(qū)間數(shù)據(jù)傳輸調(diào)度算法，即開(kāi)關(guān)功率控制算法和小區(qū)間波束協(xié)調(diào)算法。該兩種算法都為分布式算法，不需要中心控制器或中心協(xié)調(diào)器，具有較低的復(fù)雜度;且它們不但能快速減小小區(qū)間干擾從而提高了信道條件差的移動(dòng)終端的性能，而且能極大地改善系統(tǒng)中各移動(dòng)終端的公平性。特別是提出的小區(qū)間波束協(xié)調(diào)算法，在改善系統(tǒng)中移動(dòng)終端之間的公平性的同時(shí)，能較好地維持信道條件好的移動(dòng)終端的性能，并提供了不同用戶服務(wù)質(zhì)量的調(diào)節(jié)機(jī)制。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)級(jí)蒙特卡洛仿真，本文分析比較了提

9、出的兩種算法與傳統(tǒng)方法的性能，驗(yàn)證了提出算法的有效性、可行性和優(yōu)越性。
　　(4)研究了無(wú)線蜂窩通信網(wǎng)中移動(dòng)性管理——越區(qū)切換管理問(wèn)題，重點(diǎn)分析了越區(qū)切換策略（或切換最初觸發(fā)條件）的選擇問(wèn)題。本文分析了傳統(tǒng)越區(qū)切換策略的不足之處，即切換偏置(handoff bias)不能隨移動(dòng)終端的移動(dòng)狀態(tài)和不同類型基站的環(huán)境參數(shù)的變化而變化;針對(duì)該不足，本文研究提出了一種啟發(fā)式越區(qū)切換策略方案。該方案將移動(dòng)終端的速度大小與方向和各基站的傳輸環(huán)境