Macro-Femto異構網(wǎng)絡中資源管理算法的研究.pdf

1、無線通信業(yè)務需求在室內的迅猛增長，促成了Macro-Femto組成的異構融合網(wǎng)絡的出現(xiàn)，無線資源管理是實現(xiàn)網(wǎng)絡資源優(yōu)化和保障用戶服務質量(Quality ofService，QoS)的關鍵技術。本學位論文著重研究宏蜂窩-毫微微蜂窩(Macro-Femto)異構網(wǎng)絡環(huán)境下的資源管理算法，主要包括:密集Macro-Femto和移動熱點融合網(wǎng)絡中基于長期穩(wěn)定的切換決策算法，基于中繼節(jié)點輔助的毫微微蜂窩(Femtocell)混合傳輸與接入算法，

2、基于斯坦伯格（Stackelberg）博弈理論的多用戶多Femtocell網(wǎng)絡的動態(tài)混合接入控制算法和基于比例公平算法的Macro-Femto異構網(wǎng)絡中多業(yè)務資源管理算法等。
　　論文的主要研究工作如下:
　　1.針對密集Macro-Femto融合網(wǎng)絡，提出一種基于長期穩(wěn)定的切換（Long-Term-based Handover Decision，LTHD）決策算法。該算法由切換角(Angleof Handover，AHO)

3、和逗留時間(Time-to-Stay，TTS)兩種參數(shù)聯(lián)合進行切換判決，從而有效減小冗余切換次數(shù)。為了解決切換用戶面臨大量候選基站(CandidateBase Stations，CBSs)從而使切換算法計算復雜度增大的問題，所提算法中的AHO參數(shù)用于降低CBSs集合的維度，進而有效降低切換決策計算復雜度;對于固定基站和移動基站兩種基站模型，分別提出了相應對的TTS參數(shù)，從而使切換用戶決策切入到其擁有最長期TTS的CBS中并將其作為服務基

4、站。仿真結果表明，所提的LTHD算法能有效地降低密集Macro-Femto和移動熱點融合網(wǎng)絡中的冗余切換次數(shù)。
　　2.針對異構網(wǎng)絡融合環(huán)境，提出一種基于中繼節(jié)點輔助的Femtocell混合接入控制算法，從而為Femtocell網(wǎng)絡相鄰用戶(Neighboring Users，NUEs)提供較好的性能支持。該算法采用將中繼節(jié)點部署在網(wǎng)絡外圍的架構，通過中繼放大轉發(fā)（Amplify-and-Forward，AF）或直傳鏈路的傳播方式

5、對NUE進行數(shù)據(jù)傳輸，并設置Femtocell用戶(Femtocell User，F(xiàn)UE)的數(shù)據(jù)傳輸速率門限值、宏蜂窩用戶(Macrocell User，MUE)的跨層同頻干擾容忍門限值以及Femtocell基站(FemtocellBase Station，F(xiàn)BS)下行總功率受限為約束，將上述資源分配問題建模成最優(yōu)化問題，通過采用對偶分解算法進行求解，并將直傳與中繼放大轉發(fā)模式相結合，從而適用于多用戶多基站環(huán)境下Femtocell混合接

6、入。仿真結果表明，所提算法不僅能夠對FUE的數(shù)據(jù)傳輸速率進行保護，還能有效降低對MUE的跨層同頻干擾，而且動態(tài)、靈活地改變NUE的接入模式，較大幅度地提高NUE的系統(tǒng)性能。
　　3.針對多用戶和多Femtocell網(wǎng)絡場景，提出一種基于Stackelberg博弈理論的動態(tài)混合接入控制算法。在該網(wǎng)絡場景中，多個Femtocell注冊用戶(FemtocellRegistered User，F(xiàn)RU)和Femtocell非注冊用戶(Fem

7、tocell Unregistered User，F(xiàn)URU)共同存在于Femtocell網(wǎng)絡中。首先，F(xiàn)BS無償提供資源給FRUs以滿足其一定的數(shù)據(jù)速率需求;然后，F(xiàn)BS通過售賣和競價的方式將基站的剩余資源賣給FURUs，以獲取一定的經(jīng)濟補償?；贔BS和FURUs間的非合作博弈機制的Stackelberg理論，可以得到一種Femtocell網(wǎng)絡中的動態(tài)混合接入控制算法。仿真結果表明，所提的Femtocell網(wǎng)絡動態(tài)混合接入控制算法不僅

8、能夠保護FRUs的數(shù)據(jù)傳輸速率，而且能夠根據(jù)FRUs的QoS和FURUs的信道增益等網(wǎng)絡參數(shù)動態(tài)地調整可按入Femtocell網(wǎng)絡的FURUs集合。
　　4.針對Femtocell網(wǎng)絡中多種業(yè)務（固定速率和可變速率業(yè)務）環(huán)境下如何公平分配FBS資源的問題，提出一種基于比例公平算法的Macro-Femto異構網(wǎng)絡資源分配算法。該算法以基于比例公平法則的可變速率用戶的吞吐量為優(yōu)化目標，并以每個FUE的數(shù)據(jù)傳輸速率、FBS的下行傳輸總功