面向5G移动通信系统的网络优化关键技术研究

摘要

下一代移动通信网络（5G）将于2020年全面实现商用，目前相关的5G愿景研究已完成，国际通信组织包括ITU、3GPP等都在积极推进5G标准，各大通信公司也纷纷提出面向5G移动通信系统的解决方案，并进行一系列的外场测试。与此同时，物联网（Internet of Thing, IoT）将大大扩展移动通信的服务范围，从人人通信延伸到物物、人与物智能互联，“万物互联”将是5G移动通信技术的主要趋势之一。IoT应用广泛，如智能家居、车联网、移动医疗等，不同的IoT应用场景将有不同的业务特点和通信需求，如海量 IoT连接规模较大，需要网络保证一定的吞吐量性能。本文将在面向5G移动通信的网络架构下，以保证不同IoT应用场景的业务需求为研究目标，开展相关网络优化方面的研究工作。
　　具体研究内容如下：
　　1）针对IoT组寻呼的连接场景，在下一代移动通信网络中应用NB-IoT技术的基础之上，将网络优化的重点放到尽可能地保证 IoT设备的随机接入性能上。为此，本文提出一种基于时隙散射的 IoT组寻呼随机接入优化策略。首先为 IoT组寻呼的连接场景建立基于排队论的数学模型；接着通过数学公式推导出初始状态时散射到各个时隙的 IoT设备数，从而得出具体的时隙散射算法。系统仿真结果表明，本文提出的方案在IoT设备数增加时，依然能够有效地保证IoT设备的随机接入性能。
　　2）针对具有特定功能的IoT混合连接场景，将网络优化的重点放到保证时延敏感度高的业务的随机接入性能上。为此，本文提出一种基于前导码组合的随机接入优化方案。主要的思想是用不同的前导码组合来表征不同业务的优先级，从而避免了静态或半静态前导码分配方案的缺点。
　　本文给出了组合两个前导码的具体方案并推导出相应的不同优先级业务的接入性能公式，通过系统仿真可以得到，本文提出的方案在保证低优先级业务吞吐量的同时能够有效地保证了高优先级业务的时延需求。与此同时，本文提出的方案适用于具有不同时延敏感度的H2H与IoT混合连接场景。
　　3）针对海量连接的IoT业务连接场景，在未来5G移动通信系统的服务定制化平台下，将网络优化的重点放到提高系统资源利用率上。本文根据 IoT包小而多的特点，提出聚合策略，并给出具体的包聚合逻辑。针对多小站交叉覆盖的区域，提出基于IoT流量聚合的资源分配机制。实验仿真表明，针对IoT小包的聚合模块能够有效地节省系统资源，提高系统的资源利用率。

目录

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缩略词表

第一章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2面向5G移动通信系统的SONAC技术

1.3主要研究工作

1.4论文结构安排

第二章 NB-IoT系统下基于组寻呼的随机接入优化

2.1引言

2.2 NB-IoT系统下的组寻呼随机接入性能分析

2.3基于排队论的IoT组寻呼随机接入优化

2.4仿真及性能分析

2.5本章小结

第三章 混合业务下基于前导码组合的随机接入优化

3.1引言

3.2混合业务下的随机接入前导码分配方案分析

3.3基于组合前导码的随机接入优化方案

3.4仿真及性能分析

3.5本章小结

第四章 SDP平台下基于IoT流量聚合的资源分配机制

4.1引言

4.2 5G新型网络架构下的SDP平台

4.3基于IoT流量聚合的资源分配机制

4.4仿真及性能分析

4.5本章小结

第五章 总结与展望

5.1全文总结

5.2后续工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果