下一代无线移动异构蜂窝网络中高能效动态拓扑研究

摘要

为了满足无线网络用户对更高速率、更大带宽的要求，未来无线网络的规模会越来越大，并且同一运营商可能同时运行几个不同网络，如GSM、WCDMA、LTE宏站，以及他们周围部署的小基站，从而形成一个复杂的异构网络。虽然这种覆盖重叠的异构网络能够解决网络的深层覆盖、保证用户的业务质量，但是大量种类繁多的微小基站（如 Fmetocell、Picocell、Relay节点）的涌现，给网络运营商带来了巨大的设备能耗和一定程度的资源浪费，因此提高异构网络的能源效率势在必行。
　　未来移动业务在时间和空间上具有明显的不均衡特性。空间上的不均衡性表现为在相同的时间处于不同地理位置的小区负载差异比较大，这就导致了部分小区因资源紧张引发的过载阻塞，而另一部分小区的资源由于过于空闲，资源的利用率比较低下，网络的整体资源难以实现有效配置和利用。针对这种移动业务的时空特性，本文提出一种高能效的Relay空间部署方案以及时域上多小区协作的动态休眠及休眠-补偿机制，并且应用排队论的理论模型分析验证了小区休眠机制的能效收益空间。主要包括以下研究内容：
　　1、空域上，针对3GPP R10中给出的LTE网络relay增强模块的功能及特性，基于网络能效分析提出RN的部署密度与位置的动态部署方案，在部署方案中考虑到的影响因素包括中继节点类型、信道干扰水平、业务繁忙程度等。本文在维也纳LTE-A下行仿真平台上仿真了该能效优先的动态中继节点部署方案，结果表明该方案能够有效提高系统的能源效率。
　　2、时域上，针对微微小区覆盖重叠的异构网络业务分布的时空特性，提出了一种多小区协作的基站休眠机制，在业务空闲的时段选择部分小区休眠，并在业务量比较繁忙时选择合适的小区激活，从而节约设备能耗和避免资源浪费。本文根据微微小区覆盖重叠的异构网络场景中小区分类，分别采用 E/M/n排队模型与E/M/1排队模型来分析小区对象通过两种休眠机制能够获得的能源效率空间，结果表明基于多小区协作的基站休眠机制在提高系统能源效率方面的表现优于传统的单点休眠模式，并且能有效提高系统性能。
　　3、为了进一步提高基站休眠机制的系统传输性能。提出了一种基于超蜂窝网络架构的小区休眠-补偿CSC机制。CSC机制的基本思想是热点地区的休眠协作小区组中多数小区自由执行休眠机制，以少数中间位置小区为动态补偿小区，提供覆盖补偿。小区补偿可以保证休眠小区的用户的传输性能，同时可以让尽量多的小区处于尽量长的休眠周期中。本文提供了小区休眠-补偿实现机制设计和算法设计方案，并着重针对小区休眠补偿算法提出了集中式和分布式算法两种方案,相对于单纯的小区休眠机制，CSC机制均衡了频谱效率和能源效率的双重优化更符合未来移动网络的需求。

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缩略词表

第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 主要工作与贡献

1.3 论文组织

第二章 LTE-A异构网络及超蜂窝网络架构

2.1 LTE-A异构网络的形成

2.2 Femtocell关键技术

2.3 Relay关键技术

2.4 Picocell关键技术介绍

2.5超蜂窝网络架构

2.6 本章小结

第三章 能效优先的Relay节点部署方案

3.1能源效率优先的RN部署方案

3.2 性能分析

3.3 本章小结

第四章 异构网中基于多小区协作的基站休眠机制

4.1 引言

4.2small cell休眠机制介绍

4.3 自适应休眠算法设计

4.4 休眠机制排队论分析模型

4.5 性能分析

4.6 本章小结

第五章 基于超蜂窝网络架构的小区休眠-补偿算法设计

5.1 引言

5.2 小区补偿简介

5.3 休眠-补偿机制介绍

5.4 小区休眠-补偿算法设计

5.5性能分析

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

致谢

参考文献

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