異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中頻譜資源動態(tài)分配.pdf

1、為了適應(yīng)不同的通信環(huán)境和不斷增長的用戶業(yè)務(wù)需求,無線通信技術(shù)相繼經(jīng)歷了從第一代到第四代的演進(jìn),異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)成為無線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然趨勢,其異構(gòu)性體現(xiàn)在:(1)多種接入技術(shù)和接入網(wǎng)共同部署,(2)多層低功率小基站與宏蜂窩基站重疊覆蓋,(3)業(yè)務(wù)類型逐漸多樣化,業(yè)務(wù)分布隨時間和空間而變化,(4)無線終端隨著認(rèn)知技術(shù)的發(fā)展而呈現(xiàn)多頻多模的發(fā)展趨勢。然而,支持無線通信的頻譜資源是有限的,傳統(tǒng)的頻譜固定分配方法造成了資源“緊缺”和“浪費(fèi)”的矛盾

2、現(xiàn)象。
　　因此在當(dāng)前的異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下,按業(yè)務(wù)分布的變化周期進(jìn)行頻譜資源動態(tài)分配的研究顯得尤為重要,本文對其中的頻譜分配算法以及與其息息相關(guān)的干擾管理和干擾控制進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。具體內(nèi)容如下:
　　1.研究了基于克隆選擇優(yōu)化的頻譜動態(tài)分配算法。首先,針對不同接入網(wǎng)的基站在重疊覆蓋區(qū)域造成的干擾,基于基站分布拓?fù)錁?gòu)造了干擾圖和基站干擾矩陣。接著,針對不同接入網(wǎng)對應(yīng)的不同粒度的信道之間的重疊關(guān)系,進(jìn)一步構(gòu)造了信道圖和信道干擾

3、矩陣?；诨靖蓴_矩陣和信道干擾矩陣,以相互干擾的基站不能被分配同頻信道為約束條件,將頻譜分配建模為非線性約束0-1整數(shù)規(guī)劃問題,進(jìn)而提出了基于克隆選擇優(yōu)化的頻譜分配算法,包括在算法步驟中設(shè)計(jì)了適用于該問題的抗體編碼方式,并針對干擾約束條件而增加了抗體修正操作。仿真結(jié)果表明,所提算法相比于基于貪婪算法的頻譜分配,增加了網(wǎng)絡(luò)頻譜效益,提高了頻譜資源利用率。
　　2.針對每種接入網(wǎng)由六邊形小區(qū)無縫覆蓋的異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)場景,研究了空域干擾

4、約束下的頻譜動態(tài)分配算法。首先提出基于空域干擾約束的干擾控制模型:對位于小區(qū)內(nèi)某位置的用戶而言,將單一接入網(wǎng)中采用固定頻譜分配時該用戶受到的小區(qū)間干擾設(shè)置為該用戶的最大干擾門限,控制頻譜動態(tài)分配過程中該用戶接收到的干擾不超過此最大干擾門限;進(jìn)一步限制小區(qū)內(nèi)滿足干擾約束的區(qū)域(i.e.用戶的潛在位置)比例達(dá)到基站的覆蓋率要求。基于此干擾控制模型,建模并設(shè)計(jì)兩種啟發(fā)式算法求解頻譜分配優(yōu)化問題,提出了空域干擾約束下的頻譜動態(tài)分配算法。仿真顯示

5、,該算法能在增加網(wǎng)絡(luò)頻譜效益的同時,提高基站的頻譜需求滿足率。
　　3.關(guān)注基站位置不規(guī)則分布的異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)場景,提出了確保覆蓋概率的頻譜動態(tài)分配算法。在僅考慮平均路徑損耗的信道條件下,考慮小區(qū)內(nèi)用戶的空間分布及不同業(yè)務(wù)的比例,將用戶SINR(signal to interference plus noise ratio)性能巧妙地轉(zhuǎn)化為小區(qū)基站的覆蓋性能,提出基于覆蓋概率的干擾控制模型,從保證基站的覆蓋性能出發(fā),達(dá)到保證小區(qū)內(nèi)任

6、意位置的用戶SINR要求的目的?；诖烁蓴_控制模型,建模頻譜分配優(yōu)化問題,并基于圖著色理論提出確保覆蓋概率的頻譜動態(tài)分配算法。與已有算法相比,所提算法能夠有效控制基站間干擾,在滿足用戶SINR門限要求的前提下,增加頻譜復(fù)用,進(jìn)而提高網(wǎng)絡(luò)頻譜效益。
　　4.研究了陰影衰落信道條件下的確保覆蓋概率的頻譜動態(tài)分配算法。忽略背景熱噪聲,考慮到陰影衰落因子服從對數(shù)正態(tài)分布,首先近似計(jì)算了干擾信號強(qiáng)度以及用戶SIR(signal to int

7、erference ratio)的概率密度函數(shù),進(jìn)而分析在陰影衰落信道條件下確保覆蓋概率的干擾控制模型,并基于此干擾控制模型,建模和求解頻譜分配問題。仿真顯示,該算法能夠增加頻譜復(fù)用,提高網(wǎng)絡(luò)頻譜效益,并且在實(shí)際信道環(huán)境中能有效控制基站之間的干擾和滿足用戶的SIR要求。
　　5.在由宏蜂窩和家庭基站組成的雙層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中,將頻譜資源劃分為若干資源塊,研究了基于隊(duì)列狀態(tài)的資源塊分配。首先考慮到基站端為每個下行鏈路的用戶業(yè)務(wù)設(shè)置獨(dú)立的有