異構網絡中的協作與協調增強機制研究.pdf

1、隨著移動互聯網逐漸成為未來網絡發(fā)展的趨勢，移動通信網絡由于其廣泛部署性而成為移動終端接入互聯網的首選。移動設備逐取代桌面PC成為用戶終端，這意味著原來通過有線方式進入互聯網的流量將轉移到無線通信系統(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)生在室內和熱點游牧場景，室內、低速、熱點將可能成為移動互聯網時代更重要的應用場景?；诖耍乱淮苿油ㄐ畔到y(tǒng)引入了各種低功率節(jié)點，用于對上

2、述場景進行增強。這種新的網絡架構稱為異構網絡。
　　 與網絡架構的演進相適應，傳統(tǒng)網絡協議和處理機制不再適用于異構網絡，因此需要進行改進和增強，以適應異構網絡的特殊場景。而對于異構網絡的處理，一種重要的手段是協作與協調機制的應用。一方面，異構網絡中涉及宏蜂窩和低功率節(jié)點兩種網絡設備，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生嚴重的干擾。此時，節(jié)點之間通過交互信息協調工作是消

3、除干擾的有效手段。另一方面，低功率節(jié)點的引入為協作通信技術的應用提供了架構基礎。異構網絡導致網絡節(jié)點密集分布，這使得節(jié)點間協作成為可能；Relay節(jié)點的引入則為移動用戶與中繼的協作提供了便利?？傊瑓f調與協作機制對于異構網絡具有重要意義，是增強其性能的重要途徑。
　　 本文中對異構網絡協作與協調機制的研究包括干擾協調處理和協作功率分配兩方面內容。首先，嚴重的網絡節(jié)點間干擾是異構網絡面臨的主要挑戰(zhàn)之一。我們從時域和頻域兩個方面研究

4、了協調機制在干擾協調中的應用。在此過程中，我們提出了一種適用于異構網絡的熱點引力移動模型，用于異構網絡性能仿真。其次，協作和協調機制在實際實現中面臨的一個重要困難是協作信息交互導致的信令開銷。我們以協作功率分配場景為例研究了這一問題。本文將上述研究內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，并為異構網絡設計了一種具體實現：熱點引力模型
　　 異構網絡是針對用戶和流量呈

5、現聚集特性的室內、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)移動模型呈現不同特性。而從現實世界來看，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。我們根據現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?？蚣埽磳⑷说囊苿涌醋髂撤N場作用的結果。基于這一理論，我們將場具現為引力場，設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實世界人們日常生活中的移動特性，適合于異構網絡仿真和性能評估。
　　 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調方案
　　 時域干擾協調是異構網絡中的一種典型的資源分割干擾協調方法，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、，是一種單參數控制的方法。我們將其改為雙參數控制，稱為通用時域干擾協調。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、實現和靈活性方面均具有明顯優(yōu)勢，系統(tǒng)仿真結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調方案，并設計了相應的資源分配算法
　　 頻域干擾協調是異構網絡中另一種典型的資源分割干擾協調方法，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調方法的優(yōu)缺點，我們發(fā)現兩者存在一定互補關系?；诖?，我們將這兩種方法混合使用，提出一種混合域干擾協調方案。該方案的核心在于資源分配，因此我們設計了一種兩輪循環(huán)的資源分配算法。仿真證明，相比較于時域和頻域干擾協調兩種方案各自本身，我們的方法在吞吐量和滿足速率需求的用戶數方面均具有明顯提升。
　　 4)針對能量受限的AF協作中繼場景，提出了一種功率分配方法

9、，能夠使得其分配結果在用戶移動情況下盡可能長的時間里保持有效
　　 協作與協調技術從理論走向實踐過程中面臨的困難之一是節(jié)點間信息交互導致的過高的信令開銷問題。我們以功率受限的AF協作中繼場景為例，研究如何在用戶和中繼之間分配功率，以使得該分配結果在用戶移動情況下保持最長的有效時間。由于問題的復雜性，我們僅得到了一個次優(yōu)解。但通過數值仿真可以證明，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)解可看作準最優(yōu)解。