無線蜂窩通信網(wǎng)干擾管理和越區(qū)切換技術(shù)研究.pdf

1、隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展和智能終端的廣泛應(yīng)用，人們對無線蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)的容量、延時和覆蓋范圍等性能都提出了更高的要求。為了提高無線蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)的性能，學術(shù)界和工業(yè)界正研究在傳統(tǒng)無線宏蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)中加入許多小功率基站，如微微蜂窩基站(picocell base station)、毫微微蜂窩基站(femtocell base station)和中繼站(relay)等。這樣形成的異構(gòu)的新興無線網(wǎng)絡(luò)已成為當前無線通信領(lǐng)域的研究熱點。相比于傳統(tǒng)無線

2、宏蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)，新興無線蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)中基站密度大大增加，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復雜度也大大增加;且由于頻率資源非常有限，不同類型的基站一般使用相同的頻段，因而網(wǎng)絡(luò)中不但同頻干擾強度大大增加，而且干擾結(jié)構(gòu)和環(huán)境的復雜度也大大增加。同時，隨著基站密度的增加，移動終端同時檢測到的基站數(shù)量增大，且不同類型基站的覆蓋范圍大小不同且相互部分重疊，這就使得移動終端的越區(qū)切換管理更加復雜。因此，新興無線蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)中有效的干擾管理和越區(qū)切換管理成為提高網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵

3、，對其進行的研究具有重要的理論意義和實用價值。
　　本論文研究了新興無線蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)中的干擾管理和越區(qū)切換管理問題，以期為新興無線蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用提供一定的理論和技術(shù)參考，主要研究內(nèi)容、創(chuàng)新點和取得的研究成果如下:
　　(1)研究了小區(qū)內(nèi)不同移動終端之間的干擾管理問題。本文分析了當前基于信號與泄漏加噪聲比(signal to leakage plus noise ratio，SLNR)準則的小區(qū)內(nèi)多個移動終端發(fā)射波束成

4、形的干擾管理方案存在的局限性及產(chǎn)生局限性的根本原因。針對其局限性及原因，本文提出了一種改進方案。該改進方案把接收機結(jié)構(gòu)融合在發(fā)射波束優(yōu)化過程中，使優(yōu)化過程中的信號強度和干擾（或泄漏）強度的描述更加準確，從而使設(shè)計的發(fā)射波束成形矩陣能夠更加準確地減小不同移動終端間的同信道干擾。從理論上看，該改進方案具有更加通用的形式，適用于多種接收機結(jié)構(gòu)或接收濾波器;從系統(tǒng)性能看，相比于原始方案，該改進方案對系統(tǒng)中移動終端的等效信號干擾噪聲比有約2 dB

5、的增益，因而提高了數(shù)據(jù)傳輸速率。在多路數(shù)據(jù)流情景下，本文提出了一種新的模型，即層SLNR模型，該模型不但考慮了不同移動終端的數(shù)據(jù)流之間的干擾，而且考慮了來自相同移動終端的不同數(shù)據(jù)流之間的干擾（在前人的研究中，此干擾一般假設(shè)為零）。因而信號與干擾的建模更加精細和準確，優(yōu)化得到的預(yù)編碼向量使信號與干擾達到了較好的平衡，從而使每個數(shù)據(jù)流都有較好的接收質(zhì)量。
　　(2)研究了用于小區(qū)間干擾管理的無線信令信息的傳輸設(shè)計問題。本文綜合分析了無

6、線蜂窩通信網(wǎng)中傳統(tǒng)無線信令信號的功能、設(shè)計要求、特點、傳輸和實現(xiàn)方式，并在不同場景下比較了多種典型的傳統(tǒng)無線信令的檢測性能。由于傳統(tǒng)無線信令信號是針對服務(wù)基站而設(shè)計的（只用于小區(qū)內(nèi)信息傳輸），且在無線信道中極易受到干擾，傳統(tǒng)無線信令信號不適用于新興無線蜂窩通信網(wǎng)小區(qū)間無線信令傳輸，特別是在多發(fā)射機環(huán)境下其檢測性能迅速惡化。因此，本文提出了一種新的無線信令信號方案（即單音信令信號方案），從理論上證明了該信號具有最大碼距可分離性和多信號可分

7、辨性，詳細分析了單音信令信號的檢測方法和在多種場景下的檢測性能，并比較了單音信令與傳統(tǒng)無線信令的檢測性能。結(jié)果表明，單音信令信號的強抗干擾、大覆蓋、低開銷等特性使其非常適用于復雜的異構(gòu)無線通信網(wǎng)小區(qū)間無線信令傳輸;即使在多發(fā)射機同時發(fā)射信號的情況下，該信令信號方案仍具有優(yōu)異的檢測性能。
　　(3)研究了無線蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)中分布式動態(tài)小區(qū)間干擾管理問題（小區(qū)間數(shù)據(jù)傳輸方案設(shè)計和優(yōu)化）。基于單音信令信號，本文從物理層實際出發(fā)，研究提出了

8、兩種小區(qū)間數(shù)據(jù)傳輸調(diào)度算法，即開關(guān)功率控制算法和小區(qū)間波束協(xié)調(diào)算法。該兩種算法都為分布式算法，不需要中心控制器或中心協(xié)調(diào)器，具有較低的復雜度;且它們不但能快速減小小區(qū)間干擾從而提高了信道條件差的移動終端的性能，而且能極大地改善系統(tǒng)中各移動終端的公平性。特別是提出的小區(qū)間波束協(xié)調(diào)算法，在改善系統(tǒng)中移動終端之間的公平性的同時，能較好地維持信道條件好的移動終端的性能，并提供了不同用戶服務(wù)質(zhì)量的調(diào)節(jié)機制。通過網(wǎng)絡(luò)級蒙特卡洛仿真，本文分析比較了提

9、出的兩種算法與傳統(tǒng)方法的性能，驗證了提出算法的有效性、可行性和優(yōu)越性。
　　(4)研究了無線蜂窩通信網(wǎng)中移動性管理——越區(qū)切換管理問題，重點分析了越區(qū)切換策略（或切換最初觸發(fā)條件）的選擇問題。本文分析了傳統(tǒng)越區(qū)切換策略的不足之處，即切換偏置(handoff bias)不能隨移動終端的移動狀態(tài)和不同類型基站的環(huán)境參數(shù)的變化而變化;針對該不足，本文研究提出了一種啟發(fā)式越區(qū)切換策略方案。該方案將移動終端的速度大小與方向和各基站的傳輸環(huán)境