基于CoMP技術(shù)的密集網(wǎng)絡(luò)資源分配研究.pdf

1、提高無線資源利用率是緩解急速增長的移動(dòng)通信需求與受限的可用傳輸資源之間矛盾的主要解決途徑之一?；趨f(xié)作多點(diǎn)(Corrdinated Multiple Points,CoMP)技術(shù)的密集網(wǎng)絡(luò)，由于其具有部署靈活、基站與用戶間的信道衰落損失小、對抗小區(qū)間干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，成為提高移動(dòng)通信系統(tǒng)資源利用率的主要候選方案之一，并受到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。然而，與傳統(tǒng)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)相比，基于CoMP技術(shù)的密集網(wǎng)絡(luò)引入了大量低功耗接入點(diǎn)和復(fù)雜的節(jié)

2、點(diǎn)間協(xié)調(diào)合作機(jī)制，極大地增加了無線資源管理與優(yōu)化的難度，而合理有效的無線資源管理與優(yōu)化方法，是充分發(fā)揮該網(wǎng)絡(luò)在資源高效利用方面潛力的重要前提。因此，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)對無線資源優(yōu)化進(jìn)行深入研究，對實(shí)施基于CoMP技術(shù)的密集網(wǎng)絡(luò)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文面向移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)需求激增與資源受限的矛盾，以提升無線資源利用率為目標(biāo)，重點(diǎn)針對基于CoMP技術(shù)的密集網(wǎng)絡(luò)中的資源聯(lián)合優(yōu)化開展了深入的研究，明晰了CoMP技術(shù)的傳輸機(jī)制以及其對抗小區(qū)間

3、干擾的機(jī)理，建立了多維約束下傳輸資源分配的數(shù)學(xué)模型，提出了頻譜有效和能量有效的資源分配方案，實(shí)現(xiàn)了密集網(wǎng)絡(luò)中傳輸資源利用率的有效提升。在研究路線上，本文首先確立了CoMP技術(shù)在多小區(qū)場景中的傳輸模型，并研究了該場景下的無線資源聯(lián)合優(yōu)化問題；在此基礎(chǔ)上，將研究場景延伸到更為復(fù)雜的密集網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，并從頻譜有效和能量有效兩方面對資源聯(lián)合優(yōu)化問題進(jìn)行了研究。本文的主要內(nèi)容包括：
　　1)CoMP技術(shù)的傳輸建模及容量分析。為了從理論上論證C

4、oMP技術(shù)在提升資源利用率方面的有效性，本文首先建立了多小區(qū)場景下動(dòng)態(tài)小區(qū)選擇(Dynamic Cell Selection,DCS)和聯(lián)合傳輸(Joint Transmission,JT)的CoMP傳輸模型，并利用該模型分析了CoMP系統(tǒng)的信道容量。通過推導(dǎo)非CoMP、DCS CoMP和JT CoMP等典型傳輸方案的信干比(Signal-to-Interference Ratio,SIR)的統(tǒng)計(jì)特性，獲得了相應(yīng)的信道容量的統(tǒng)計(jì)平均值。

5、通過對仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對比和分析，明晰了發(fā)射天線數(shù)目、合作基站數(shù)目以及基站與用戶間的距離等系統(tǒng)參數(shù)對CoMP傳輸性能的影響。
　　2)基于CoMP技術(shù)的多小區(qū)無線資源聯(lián)合優(yōu)化問題的研究。在建立的CoMP技術(shù)傳輸模型基礎(chǔ)上，以提升頻譜效率為目標(biāo)，兼顧用戶數(shù)據(jù)速率的公平性，對頻率、功率聯(lián)合優(yōu)化問題進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模。針對建立的優(yōu)化問題數(shù)學(xué)模型，提出空間分集復(fù)用增益折中的資源塊(Resource Block,RB)——即頻率資源——的調(diào)度算法

6、，利用對空間資源的靈活分配實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)性能的提升。在此基礎(chǔ)上，提出了基于牛頓法的功率分配算法，實(shí)現(xiàn)了多小區(qū)頻率、功率的聯(lián)合優(yōu)化。
　　3)基于CoMP技術(shù)的密集網(wǎng)絡(luò)中，面向頻譜效率的無線資源聯(lián)合優(yōu)化問題研究。在針對多小區(qū)場景的研究基礎(chǔ)上，將研究背景延伸到更加復(fù)雜的密集網(wǎng)絡(luò)場景中，討論了實(shí)際應(yīng)用中回程線路容量對CoMP技術(shù)傳輸性能的限制，并建立了密集網(wǎng)絡(luò)無線資源分配聯(lián)合優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)建立的優(yōu)化問題數(shù)學(xué)模型，對DCS CoMP

7、系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)JT CoMP系統(tǒng)分別提出了相應(yīng)的低復(fù)雜度RB調(diào)度算法和功率分配算法。
　　4)基于CoMP技術(shù)的密集網(wǎng)絡(luò)中，面向能量效率的無線資源聯(lián)合優(yōu)化問題研究。采用每消耗1Watt可傳輸?shù)男畔⒘康哪芰啃识x，對考慮了能量效率及用戶公平性的多目標(biāo)資源優(yōu)化問題進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模。建模的資源優(yōu)化問題考慮了總發(fā)射功率受限和回程線路容量限制。除此之外，為了避免在節(jié)約能耗的過程中可能出現(xiàn)的傳輸質(zhì)量嚴(yán)重下降的極端情況，問題建模中對傳輸?shù)淖钚?shù)據(jù)速