基于C-RAN构架的无线网络传输技术研究

摘要

C-RAN（Cloud Radio Access Networks）构架通信网是一种采用云计算集中式的网络，被认为是解决未来高密度大容量需求的移动通信方案。论文结合国家科技重大专项对C-RAN样机开发项目，为了解决其中传输速度慢、网络容量不足的问题，研究上行干扰抑制、D2D（Device-to-Device）通信方法以及负载均衡技术，主要工作如下：
　　①研究了在C-RAN构架网络中的干扰抑制问题，通过分析得到来自C-RAN构架网络内部的干扰与系统中传输的信号具有相关性，即这些干扰中携带有用信息，而来自C-RAN网络系统外背景噪声随机分布均值为零。根据这一特征提出了适合C-RAN构架网络的矩阵传输模型。在此模型基础上利用泛函方法找到了将系统内部干扰所携带的信息转变为对传输信号的分集增益，从而降低C-RAN构架网络中干扰的方法。给出了以用户之间干扰最小为目标的资源分配策略，从而降低上行用户之间的干扰。仿真结果表明，采用本方法对上行信号进行接收，相比于仅使用干扰抑制矩阵接收方式可以进一步降低误码率。
　　②构建了C-RAN构架无线网络下行的协作传输模式，提出了基于组播用户接收信号和RRU（Remote RadioUnit）负载状况联合的协作RRU选择算法，实现信道容量与资源占用量的联合优化。仿真结果表明在提高组播用户吞吐量和组播用户公平性和不造成组播用户的误码率增大的前提下，保证了组播用户的QoS（Qualityof Service）要求。
　　③提出了C-RAN构架网络中具有不同优先级的区分服务D2D机制，为具有优先级的D2D用户在D2D发现和建立中的QoS保障提供了方法。该方法根据发送请求信息的高优先级D2D用户数，动态构建下一发现周期的发现资源分配信息；再根据低优先级D2D用户未成功选择发现资源的次数，在多信道时隙ALOHA和能量感知的多信道ALOHA接入机制之间进行切换；最后根据D2D用户接收端信干噪比的大小判断是否发现成功。系统级仿真结果表明，该方法比传统的随机信道接入机制具有更高的发现成功率以及更远的发现范围，其系统吞吐量能够增加7.2％，用户连接数能够提高6.4%。
　　④提出了家庭基站网络与C-RAN构架网络之间负载相互转化的负载均衡方法。该方法根据家庭基站覆盖范围小、延迟大、开销小的特点，在C-RAN构架网络业务量大的情况下，利用C-RAN构架的集中调度特点向家庭基站进行切换，实现家庭基站与C-RAN网络负载联合优化，避免C-RAN构架网络中多个相邻小区同时过载而普通负载均衡无法保证服务的问题。仿真结果表明用户满意率有较大的提升，阻塞率和用户掉话率降低，并且家庭基站利用率提高了4%。
　　上述工作及成果是作者主持国家科技重大专项“支持基带集中处理的RAN构架研究”子项目下完成的，论文中所取得的成果作为该专项的成果组成于2015年通过了国家组织的科技项目验收。此重大专项项目对推进C-RAN于2016年被确定为我国5G技术的网络构架起到了有力支撑。

目录

1 绪 论

1.1 C-RAN构架无线网络

1.2 C-RAN构架网络研究中的若干问题

1.3论文结构安排

2 C-RAN构架网络中的上行干扰抑制

2.1 干扰抑制国内外研究现状

2.2 C-RAN构架网络数学模型

2.3 干扰抑制可行性

2.4 干扰抑制分析

2.5干扰抑制机制

2.6 仿真分析

2.7 资源分配机制

2.8 资源分配仿真分析

2.9本章小结

3 C-RAN架构无线接入网组播协作RRU选择

3.1引言

3.2问题描述与数学建模

3.3 SLRS算法求解

3.4仿真结果及分析

3.5不同信道场景下性能分析

3.6本章小结

4 C-RAN构架网络中D2D技术研究

4.1 引言

4.2 D2D发现中的MCALOHA-ES

4.3 C-RAN架构下的D2D通信机制

4.4仿真分析

4.5本章小结

5 基于家庭基站的C-RAN构架网络负载均衡

5.1 引言

5.2相关技术的研究现状

5.3系统设计方案

5.4 负载均衡算法

5.5 仿真结果分析

5.6本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 对未来研究的展望

致谢

参考文献

附录

A．作者在读博期间发表的论文及专利目录

B．作者在读博期间参与和主持的科研项目

C．作者在读博期间的荣誉和获奖情况