基于聯(lián)盟博弈的異構蜂窩網(wǎng)絡干擾管理研究.pdf

1、隨著智能終端和移動寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務的增多，人類對通信服務的高數(shù)據(jù)速率、全覆蓋、低時延和低能耗提出了迫切要求。由于傳統(tǒng)宏蜂窩網(wǎng)絡在建網(wǎng)、覆蓋和容量提升等方面遇到了瓶頸，學術界和工業(yè)界一致提出必須研究和設計更加高效的網(wǎng)絡部署策略和通信技術方案以滿足人類通信需求。異構蜂窩網(wǎng)絡以其高系統(tǒng)容量、深度覆蓋、部署靈活和安裝維護成本較低的優(yōu)勢在諸多通信解決方案中脫穎而出。異構蜂窩網(wǎng)絡是指在當前宏蜂窩網(wǎng)絡中增加部署一層或多層低發(fā)射功率小型站點的無線蜂窩網(wǎng)絡，

2、該網(wǎng)絡能夠通過各類型站點有機整合為移動用戶提供高質量的通信服務，已成為當前乃至未來無線蜂窩網(wǎng)絡的研究重點和熱點。然而，異構蜂窩網(wǎng)絡在給當前宏蜂窩網(wǎng)絡注入強大生命力的同時亦存在干擾管理上的技術難點和挑戰(zhàn)。小型站點的隨機部署和自行安裝以及通信熱點地區(qū)對超密集組網(wǎng)的需求和運營商對可用頻段全部復用的不斷追求，使得異構蜂窩網(wǎng)絡中的干擾呈現(xiàn)隨機化、復雜化和嚴重程度較高的特性，適用于宏蜂窩的傳統(tǒng)網(wǎng)優(yōu)網(wǎng)規(guī)方法和干擾管理技術不再完全適用于異構蜂窩網(wǎng)絡，必

3、須研究和設計新的更加有效的干擾管理方案對異構蜂窩網(wǎng)絡中的干擾予以管理和控制。
　　本論文以概率論、隨機過程和聯(lián)盟博弈理論等數(shù)學工具與優(yōu)化方法為理論依據(jù)，圍繞異構蜂窩網(wǎng)絡的干擾管理方案和方法展開研究，深入分析了異構蜂窩網(wǎng)的網(wǎng)絡結構特點和節(jié)點行為特點，從聯(lián)盟合作的角度入手，以提高整個通信系統(tǒng)的性能為出發(fā)點，提出了適用于異構蜂窩網(wǎng)絡同層干擾和跨層干擾的干擾管理方案，為異構蜂窩網(wǎng)絡的系統(tǒng)優(yōu)化和性能優(yōu)化提供了理論依據(jù)和實踐指導。本文主要工作

4、如下:
　　1)博弈論是研究獨立的理性局中人之間復雜交互行為的理論工具。本論文分析討論了非合作博弈與合作博弈的區(qū)別，深入挖掘了異構蜂窩網(wǎng)絡中用戶對無線資源占用的競爭行為與合作行為，確立了運用聯(lián)盟博弈理論在研究和設計異構蜂窩網(wǎng)絡干擾管理和資源分配方案中的重要性和必然性，在此基礎上，歸納總結了聯(lián)盟博弈理論的基本概念和解的特性。
　　2)針對樓宇環(huán)境中Femtocell接入點(Femtocell Access Point，F(xiàn)AP)

5、密集部署導致的同層干擾問題，提出了適用于Femtocell網(wǎng)絡上行通信系統(tǒng)的基于FAP聯(lián)盟合作的同層干擾管理方案，以聯(lián)盟的和速率容量為目標，運用聯(lián)盟博弈理論進行建模，從理論上求解推導出了該方案的最優(yōu)聯(lián)盟結構，并證明了最優(yōu)聯(lián)盟結構的穩(wěn)定性。分析比較了三種聯(lián)盟和速率容量的速率分配策略，并通過仿真驗證了分配策略對聯(lián)盟結構穩(wěn)定性的影響。
　　3)針對Femtocell的干擾隨機特性，提出了適用于Femtocell網(wǎng)絡上行通信系統(tǒng)的基于Fe

6、mtocell用戶設備(Femtocell User Equipment，F(xiàn)UE)共享傳輸時間的聯(lián)盟合作干擾管理方案，證明了在考慮形成聯(lián)盟所需的功率開銷的前提下，基于FUE的聯(lián)盟合作過程是一個基于分割函數(shù)的聯(lián)盟博弈。為求解該方案的最優(yōu)聯(lián)盟結構，提出了基于接收信號強度指示(Received Signal Strength Indication，RSSI)的聯(lián)盟形成算法，并證明了該算法的收斂性和算法所得解的穩(wěn)定性。
　　4)在綜合考慮