异构蜂窝网络中的蜂窝选择分析与优化

摘要

异构蜂窝网络（Heterogeneous Cellular Networks，HCNs）是指在宏蜂窝(Macrocell)的覆盖范围内，部署微蜂窝(Microcell)、微微蜂窝(Picocell)和飞蜂窝(Femtocell)等小型蜂窝，有针对性地加强特定区域的覆盖，形成多层蜂窝覆盖的一种蜂窝网络结构。与以往的同构蜂窝网络相比，异构蜂窝网络不仅能够增加系统容量，改善室内信号的覆盖质量，而且建网灵活便捷，维护成本低廉，因此它的发展受到了研究者们的广泛关注。在异构蜂窝网络中，终端在任何时间任何地点都有可能被多个蜂窝覆盖，由于各种异构蜂窝分别适用于不同的场合以及侧重不同的业务，如何让终端无论在何时何地都能选择最合适的蜂窝接入，获得最好的服务体验，一直是关于异构蜂窝网络的一个关键问题。至今，人们已经提出了很多蜂窝选择(Cell Selection，CS)方案，随着对蜂窝选择的研究不断深入，以往很多的蜂窝选择方案都有待改进。本文总结了蜂窝选择的研究现状，然后分别针对接入决策的触发次数和系统容量对传统的蜂窝选择方案进行优化。
　　(1)由于移动终端的蜂窝选择是一个动态过程，所以以往大部分蜂窝选择方案都属于瞬时接入决策，即终端每次跨越蜂窝的边界都有可能触发蜂窝选择算法。在未来的城市中将会部署密集的飞蜂窝，这将会造成移动终端频繁地接入决策，产生过多的计算、能量以及信令开销。本文在第三章提出了一种基于接入优先级的蜂窝选择方案，接入优先级指的是终端选择接入不同候选蜂窝的优先顺序。在一定时间内，终端经过计算、分析确定了候选蜂窝的接入优先级后，终端在跨过蜂窝边界时直接接入优先级最高的可用蜂窝，在未来的异构蜂窝环境中这将会大量地减少移动终端触发接入决策的次数。
　　(2)在蜂窝选择博弈模型中，被多个蜂窝覆盖的终端会从最大化自身收益的角度出发选择合适的蜂窝接入，它们最终的蜂窝选择策略组合是该博弈的纳什均衡解，而从系统的角度看，在有系统调控和终端合作的理想条件下，它们最终的蜂窝选择策略组合能使得系统容量达到上限，这是博弈的全局最优。显然，在现实生活中纳什均衡往往不是全局最优，而且可能差距很大，这是由于终端理性的蜂窝选择行为造成的系统收益损失。我们通过调整终端的收益函数表达式，让该博弈的纳什均衡接近全局最优，减少终端的理性行为造成的系统收益损失。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 本文的研究背景及意义

1．2 蜂窝选择的研究现状

1．3 本文的研究内容和创新点

1．4 本文结构安排

第二章 异构蜂窝网络中的蜂窝选择概述

2．1 异构蜂窝网络中最佳接入的简介

2．2 异构蜂窝网络中的蜂窝选择机制

2．2．1 影响蜂窝选择的因素

2．2．2 蜂窝选择的流程

2．2．3 蜂窝选择的功能模块结构

2．3 常见的蜂窝选择方案

2．3．1 基于单一属性的蜂窝选择方案

2．3．2 基于多属性的蜂窝选择方案

2．3．3 基于博弈论的蜂窝选择方案

2．4 本章小结

第三章 减少决策次数的蜂窝接入优先级方案

3．1 系统模型

3．2 基于接入优先级的蜂窝选择算法

3．2．1 基于瞬时接入决策的蜂窝选择算法触发接入决策的情形

3．2．2 关于接入优先级的定义和计算

3．2．3 我们提出的方案触发接入决策的情形

3．3 接入优先级的平均开销

3．3．1 切换开销

3．3．2 带宽分配

3．3．3 平均开销

3．4 性能仿真评估

3．5 系统最优点p1的讨论

3．6 本章小结

第四章 基于信道容量的蜂窝选择博弈中系统容量的分布式提升

4．1 系统模型

4．2 系统调控和终端完全自主的两种蜂窝选择情形中系统容量的差异分析

4．3 设计分布式提升系统容量的方案

4．3．1 提出基于调整终端收益函数的分布式方案

4．3．2 调整后的终端收益函数

4．4 性能仿真评估

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 本文总结

5．2 未来工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况