5G异构蜂窝网络下的移动性与干扰管理研究

摘要

为支持爆炸性增长的用户数据速率的需求，异构蜂窝网络架构被提出用于下一代(5G)蜂窝网络中。5G异构蜂窝网络的异构性首先体现在网络结构的多层次上：小区小型化技术，其在宏蜂窝网络中部署各种类型的小蜂窝形成多层蜂窝网络，通过复用授权频段以提高频谱效率及系统容量。其次，5G异构蜂窝网络的异构性还体现在用户的连接方式上：终端直通通信技术，其允许用户在蜂窝基站的控制下通过共享授权频段建立直连链路进行通信，从而减轻了基站负担并提高了频谱效率。
　　在蜂窝网中用来区分不同小区的物理小区标识是有限的，不合理的标识分配策略会使切换中的用户产生切换混淆问题。此外，在5G异构蜂窝网络中因小蜂窝的密集化部署会导致系统用户产生极为频繁的切换，因此物理小区标识的合理分配就显得尤为重要，从而给5G异构蜂窝网络的移动性管理带来巨大挑战。另一方面，因5G异构蜂窝网络的多层次性与用户连接方式的多样性导致了系统内的干扰类型与干扰场景多样且复杂并制约了网络性能的提升，因此干扰管理问题亦是5G异构蜂窝网络中的主要问题之一。本文针对5G异构蜂窝网络中的移动性与干扰管理问题展开了研究，其主要内容如下：
　　1、对于5G异构蜂窝网络中用户切换混淆问题，本文首先为小蜂窝小区定义了忙碌和正常两种状态。通过利用系统中小蜂窝小区收到的用户切换请求数的统计特性对小蜂窝小区的两种状态进行了数学定义。基于小蜂窝小区的历史状态信息设计了下一时段状态的最优预测算法。提出了基于小蜂窝小区状态预测算法的动态物理小区标识分配策略，以及综合考虑了小蜂窝小区的状态信息与相对位置信息的混合物理小区标识分配策略。仿真实验从小蜂窝小区状态预测的准确率、系统用户无线链路连接失败次数以及系统吞吐量三个方面验证了所提出的物理小区标识分配算法的有效性与优越性。
　　2、对于5G异构蜂窝网络中干扰管理问题，本文首先对面向终端直通通信技术的多层异构蜂窝网络进行了建模，针对网络结构的多层次性和用户连接方式的多样性将系统用户划分为了四类，并为不同类型的终端直通通信用户分别提出了跨层资源共享策略和独立资源共享策略。对系统用户的功率控制和资源分配联合干扰管理优化问题进行了数学建模，提出启发式算法对此非凸问题进行了求解。仿真考察了采用本文所提出的干扰管理算法的系统在低、中、高、超高四种小蜂窝基站密度下的系统性能，揭示了终端直通通信在多层网络中特别是在小蜂窝密集部署的情况下仍能带来较大的系统增益。

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5G异构蜂窝网络下的移动性与干扰管理研究

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摘 要

Abstract

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附表索引

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容及成果

1.4 论文结构安排

2 5G异构蜂窝网络

2.1 5G异构蜂窝网络的背景与意义

2.2 蜂窝小区小型化与终端直通通信技术

2.3 Macro-small cell异构网络的切换混淆问题

2.4 面向D2D通信的Macro-small cell网络中的干扰问题

2.5 本章小结

3 Macro-small cell异构蜂窝网络的切换混淆避免研究

3.1 小区状态预测算法

3.2 动态物理小区标识(PCI)分配算法

3.3 仿真与性能评估

3.4 本章小结

4 面向D2D通信的Macro-small cell网络干扰管理研究

4.1 面向终端直通通信技术的Macro-small cell网络

4.2 系统干扰管理算法

4.3 仿真与性能评估

4.4 本章小结

结 论

参考文献

致 谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

附录B 攻读硕士学位期间所参与的科研活动