Macrocell和Femtocell双层网络的无线资源管理

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随着无线通信技术的发展,用户对高速无线服务的要求越来越高,传统的宏蜂窝小区已经越来越不能满足用户对数据容量的需求。由宏蜂窝基站和微微基站、家庭基站和中继节点等低功率节点构成的异构网络能够有效解决传统蜂窝系统容量不足的问题。而研究表明,高达70%的话音和数据业务发生在室内场景下,因而家庭基站部署场景将成为异构网络中的一个研究热点。但是异构网络中低功率节点的引入将不可避免的带来干扰问题。家庭基站由于其地理分布的随机性以及封闭用户接入工作模式,其产生的干扰场景还会更加复杂。严重的干扰将会大大影响异构网络的整体性能。因此有效的干扰管理技术是有效提升异构网络性能的关键,也是异构网络和家庭基站能够成功部署的关键,具有十分重要的研究意义。本文主要针对异构网络中宏基站和家庭基站部署场景下的干扰管理技术进行研究。论文的主要工作及取得的成果如下:对现有异构网络的部署场景和网络架构进行了介绍,调研了造成异构网络复杂干扰场景的因素,并对当前学术界在异构网络干扰管理方面取得的理论成果以及标准化组织提出的干扰管理方案进行了归纳总结。对Macro-Femto网络的覆盖状况进行研究,推导了同频部署场景下Macro和Femto层中断概率的近似表达式。首先,本文利用空间泊松点过程和随机过程建模,建立了Macro-Femto双层网络的数学模型建模;然后结合IMT-2000信道模型,在综合考虑了信号经受的大尺度的路径损耗,中等尺度的阴影衰落和小尺度的瑞利快衰的条件下,应用随机过程分析从理论上推导了室外宏蜂窝用户的下行链路中断概率和室内家庭基站用户的下行链路中断概率的近似表达式;搭建了系统级仿真平台对理论推导结果进行仿真验证,证明了所推导Macro层和Femto层中断概率近似解的正确性。通过将确定性的系统参数和信道随机特性解耦,本文定义了仅由确定性的系统参数决定的跨层噪声信号比用来衡量宏蜂窝基站用户和家庭基站用户收到的跨层噪声,清晰的揭示了影响系统中跨层干扰的主要系统参数,并给出了为保障可靠Macro层信号覆盖和Femto层信号覆盖,用户收到的跨层噪声信号比的上限——跨层噪声信号比门限。为了保障宏蜂窝和家庭基站可靠信号覆盖的要求下,分析了家庭基站在进行资源管理时所必须满足的限制条件,包括Macro-Femto网络所能承受的最大同频家庭基站部署密度,家庭基站发送功率上界和下界,以及在家庭基站部署密度过大时家庭基站在时频资源使用上的限制。结合以上分析,本文还给出了可以同时保障宏蜂窝和家庭基站可靠信号覆盖且最大化系统单位面积频谱效率的家庭基站资源管理方案。仿真结果表明,所给家庭基站资源管理方案可以有效保障宏蜂窝和家庭基站的可靠信号覆盖并有效提升系统整体的单位面积频谱效率。
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