HetNet中能效優(yōu)先的彈性接入算法.pdf

1、伴隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的話音業(yè)務(wù)量占整個(gè)數(shù)據(jù)流量的比例越來越低，取而代之的是現(xiàn)有移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)流量業(yè)務(wù)的急劇增長。面臨大量移動(dòng)用戶對于數(shù)據(jù)流量業(yè)務(wù)快速增長的需求，未來5G無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)需要滿足以下通信要求：能夠處理數(shù)百億移動(dòng)設(shè)備的接入請求，最高峰值速率不低于10Gb/s，越來越低的傳輸時(shí)延等。為了滿足下一代無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的要求，層疊式的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)就應(yīng)運(yùn)而生了。這種新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)不僅能解決下一代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)海量鏈接的要求，還能

2、顯著提高網(wǎng)絡(luò)容量，滿足移動(dòng)用戶巨大數(shù)據(jù)流量業(yè)務(wù)量的需求。異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)就是在宏基站覆蓋范圍內(nèi)引入不同類型的低功耗微基站，例如，femto cell、micro cell、小基站等。這些微基站發(fā)射功率、覆蓋范圍、以及適用場景都不同，但是都具有較低的運(yùn)營成本、部署方便、體積小等特點(diǎn)。
　　目前，據(jù)統(tǒng)計(jì)有60％的話音業(yè)務(wù)和70%的數(shù)據(jù)流量業(yè)務(wù)發(fā)生在室內(nèi)，熱點(diǎn)或室內(nèi)流量業(yè)務(wù)在不久的將來會(huì)接近90%。異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的提出不僅能滿足熱點(diǎn)覆蓋的需求，也能解

3、決現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中的盲區(qū)覆蓋問題。同時(shí)，通過微基站與宏基站頻率復(fù)用，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)可以有效緩解現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中頻譜資源匱乏的問題。此外，隨著全球變暖和資源緊缺的加劇，基于綠色通信的思想，在下一代無線通信網(wǎng)絡(luò)中部署各種低功耗微基站是十分有必要的。雖然異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)宏基站和微基站共享頻譜，但是頻譜共享會(huì)引入干擾、切換、維護(hù)等問題。同時(shí)，由于微基站的部署是隨機(jī)的，要在復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)微基站的統(tǒng)一管理較為困難，因此異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的資源分配和管理問題都亟待深入研究

4、。
　　本文主要研究對象是在宏基站覆蓋范圍內(nèi)部署小基站的兩層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，一方面針對用戶對于體驗(yàn)質(zhì)量（Quality of Experience，QoE）的要求，設(shè)計(jì)彈性的功率分配策略，在不犧牲系統(tǒng)能效的基礎(chǔ)下，滿足用戶的彈性需求；另一方面通過管理網(wǎng)絡(luò)用戶的接入選擇，達(dá)到提高網(wǎng)絡(luò)容量的目的。本文研究成果如下：
　　1)為了提升用戶的QoE，在兩層的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中定義表征用戶對QoE的彈性滿意度函數(shù)，并且建立非合作博弈模型。通過設(shè)計(jì)的

5、效用函數(shù)，實(shí)現(xiàn)在不犧牲系統(tǒng)能效的基礎(chǔ)上，盡量滿足用戶的QoE要求。我們證明博弈模型納什均衡的存在性和唯一性，提出一種基于干擾感知的彈性功率分配算法。算法的具體實(shí)現(xiàn)是通過小基站感知其他同頻用戶帶來的干擾而調(diào)整自身的發(fā)射功率，提高用戶彈性滿意度。仿真結(jié)果顯示，我們所提出的彈性功率分配算法保證在不犧牲系統(tǒng)能效的基礎(chǔ)上，能最大程度地提升用戶QoE。
　　2)為了提高系統(tǒng)容量，基于在線反向拍賣機(jī)制的設(shè)計(jì)，提出無線移動(dòng)HetNets中分配算法

6、和定價(jià)算法，通過這兩個(gè)算法成功實(shí)現(xiàn)從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商（Wireless Service Provider，WSP）獲得小基站的接入權(quán)（ACcess Permission，ACP）。我們證明在線反向拍賣機(jī)制的真實(shí)性，這樣保證所有參與拍賣的投標(biāo)人不能通過要價(jià)或時(shí)間上的欺騙來提高自身效用。還證明在線反向拍賣機(jī)制滿足個(gè)體合理性，能激勵(lì)更多的小基站參與到整個(gè)拍賣過程中來，提高網(wǎng)絡(luò)的容量。仿真結(jié)果顯示，本文提出的在線反向拍賣機(jī)制相比于反向拍賣機(jī)制，不