面向非授权频谱的LTE与WiFi融合架构设计与应用研究

摘要

随着智能设备的爆炸性增长及移动多媒体应用的不断涌现，蜂窝系统面临着井喷式数据流量需求所带来的挑战。在这种背景下，无线运营商考虑将LTE（Long Term Evolution）引入非授权频段以增强蜂窝系统容量。当前研究主要关注LTE与WiFi（Wireless Fidelity）在非授权频段上的共存。然而，要想成功实现二者的有效频谱共享，仅考虑共存是不够的。主要存在以下挑战：1）LTE与WiFi缺乏协作，导致非授权频谱共享效率低下；2）两种技术间缺乏统一的资源管理，导致资源利用效率低下；3）接入设施被冗余部署，导致资本浪费和较高维护成本；4）时延敏感型应用的涌现对网络边缘智能化提出了要求；5）接入系统部署密集化导致用户设备频繁切换，引发大量信令开销和较高能量损耗。
　　为了应对上述挑战，关键在于实现不同接入技术之间的协作和统一管理。受此启发，本研究设计并实现了面向非授权频谱共享的LTE与WiFi融合架构。主要成果如下：
　　①本研究提出了一种新的融合架构，用于实现LTE与WiFi间的有效频谱共享。该架构将不同接入系统的基站功能从物理设施中剥离出并汇聚于统一虚拟化基站池中，实现多种接入技术间的无缝协作，以及对资源的灵活分配。通过将大量计算和存储资源被放置于网络边缘，实现网络边缘智能。通过基站的控制与数据解耦及空口分离，增强网络能效。
　　②本研究以 LTE在非授权频段上的备选技术 LTE-U与 WiFi的融合为所提架构的应用范例，探究了该架构的可行性。基于占空比循环的融合策略被提出。该策略充分利用了所提架构的融合特性，可根据WiFi传输状态自适应地推迟LTE-U系统工作周期的起始时间，避免了对当前信道中WiFi传输的影响。
　　③本研究在可编程的通用处理器上利用软件无线电技术实现了 LTE-U与WiFi的融合平台，用于评估所提策略的有效性。WiFi系统基于开源项目实现，而LTE-U系统为自主实现。新的LTE-U同步算法被设计用于降低平台的时间复杂度。基于该平台，真实物理环境下的室内实验被实施。实验结果表明，所提融合策略可实现比现有共存机制更好的吞吐量性能。

目录

1 绪论

1.1课题来源

1.2研究背景及意义

1.3国内外研究现状

1.4主要工作及创新点

1.5论文组织结构

2 非授权频段LTE技术

2.1 LTE基本概念

2.2非授权频段LTE概述

2.3部署场景及模式

2.4共存挑战

2.5本章小结

3 融合架构设计与应用

3.1融合架构设计

3.2融合架构应用

3.3本章小结

4 融合平台实现

4.1 LTE-U系统实现

4.2 WiFi系统实现

4.3融合平台性能评估

4.4本章小结

5 总结与展望

5.1论文工作总结

5.2未来工作展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读学位期间申请的专利目录

C. 作者在攻读学位期间获得的荣誉奖励

D. 作者在攻读学位期间参与的研究项目