移動(dòng)通信系統(tǒng)中協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著人們對(duì)移動(dòng)通信業(yè)務(wù)需求的不斷增長(zhǎng)，移動(dòng)通信系統(tǒng)正朝著高速、寬帶、多業(yè)務(wù)和低成本的方向飛速發(fā)展。4G技術(shù)的發(fā)展不僅要求對(duì)物理層技術(shù)進(jìn)行變革，同時(shí)還對(duì)傳統(tǒng)系統(tǒng)架構(gòu)提出了新的挑戰(zhàn)。而協(xié)作中繼的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)則為移動(dòng)通信發(fā)展提供了一個(gè)新的方向。
　　 本文針對(duì)下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)中的協(xié)作中繼傳輸這一當(dāng)前熱點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究基礎(chǔ)之上，對(duì)于支持協(xié)作中繼傳輸技術(shù)的未來(lái)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的若干關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究，其中在協(xié)作節(jié)點(diǎn)選擇策略、用戶(hù)協(xié)作激勵(lì)

2、策略、用戶(hù)接入機(jī)制、負(fù)載均衡機(jī)制以及涵蓋干擾抑制與資源分配的聯(lián)合無(wú)線(xiàn)資源管理機(jī)制等方面做了一系列的工作，主要貢獻(xiàn)如下：
　　 基于當(dāng)前用戶(hù)QoS的時(shí)延需求限制，以最大化系統(tǒng)容量為目標(biāo)，對(duì)協(xié)作中繼節(jié)點(diǎn)的位置及協(xié)作節(jié)點(diǎn)傳輸時(shí)間對(duì)系統(tǒng)性能的影響進(jìn)行了理論分析。針對(duì)“與誰(shuí)協(xié)作”的問(wèn)題，提出了一種應(yīng)用于中繼蜂窩網(wǎng)絡(luò)的混合型協(xié)作中繼選擇算法（HCRSA）。所提出的算法能根據(jù)當(dāng)前小區(qū)中的用戶(hù)密度情況，動(dòng)態(tài)地選擇了基站和中繼節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)作傳輸，

3、或中繼節(jié)點(diǎn)和協(xié)作用戶(hù)之間的協(xié)作傳輸。從而根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)際情況，選擇不同的協(xié)作中繼機(jī)制，充分利用協(xié)作中繼來(lái)有效提高用戶(hù)容量，提升系統(tǒng)性能。
　　 提出了一種基于合作博弈理論的用戶(hù)協(xié)作激勵(lì)策略?；趦r(jià)格機(jī)制建立了兩節(jié)點(diǎn)一基站的模型，并引入了有償轉(zhuǎn)發(fā)的機(jī)制。在該模型中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)被認(rèn)為是理性的決策者。因此，節(jié)點(diǎn)可以獨(dú)立地決定是否與別的節(jié)點(diǎn)協(xié)作，以及如何協(xié)作。引入“合作博弈論”和經(jīng)典的納什討價(jià)還價(jià)算法用于確定最優(yōu)系統(tǒng)效用，和保證用戶(hù)之間的

4、公平性。為了在確保用戶(hù)公平性的同時(shí)保證系統(tǒng)的最佳效用值，本策略主要解決了“每個(gè)節(jié)點(diǎn)為了最大化自身的效用，它最優(yōu)的行動(dòng)是什么?”以及“為了鼓勵(lì)協(xié)作行為，最佳的回報(bào)價(jià)格應(yīng)該定為多少?”這兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，從而使得參與協(xié)作傳輸?shù)挠脩?hù)能夠在獲得最大收益的同時(shí)保證用戶(hù)之間的公平性。
　　 提出了一種自適應(yīng)隨機(jī)接入算法。所提出的隨機(jī)接入算法主要用于布設(shè)有中繼節(jié)點(diǎn)的多信道網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)通過(guò)提前預(yù)約隨機(jī)接入信道（RACH信道）來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)沖突的接入，

5、而非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)則通過(guò)中繼節(jié)點(diǎn)共享剩余的RACH信道實(shí)現(xiàn)兩跳接入。當(dāng)非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)在時(shí)域接入發(fā)生碰撞時(shí)，中繼節(jié)點(diǎn)根據(jù)當(dāng)前的非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)到達(dá)狀況和剩余的RACH信道數(shù)目自適應(yīng)地確定最優(yōu)的頻域退避窗口大小。為了減輕中繼節(jié)點(diǎn)之間由于完全信道復(fù)用所產(chǎn)生的干擾，所提出的策略還結(jié)合了部分頻率復(fù)用的思想。從而更好的保證了非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的接入過(guò)程，進(jìn)一步提高了接入資源的利用率。
　　 提出了一種通過(guò)中繼節(jié)點(diǎn)，利用負(fù)載轉(zhuǎn)移以及信道信用策略來(lái)實(shí)現(xiàn)蜂窩中繼網(wǎng)

6、絡(luò)中小區(qū)之間負(fù)載均衡的機(jī)制。中繼節(jié)點(diǎn)利用實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)信道實(shí)現(xiàn)將呼叫從熱點(diǎn)小區(qū)轉(zhuǎn)移到非熱點(diǎn)小區(qū)。由于每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)分配數(shù)目實(shí)時(shí)信道有限，提出了利用動(dòng)態(tài)的信道借用來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)小區(qū)之間的負(fù)載均衡?？紤]了兩種不同的中繼節(jié)點(diǎn)布設(shè)場(chǎng)景，采用多狀態(tài)馬爾可夫模型對(duì)提出的負(fù)載均衡機(jī)制進(jìn)行評(píng)估。該機(jī)制能夠有效地降低系統(tǒng)的呼叫阻塞概率，提升了系統(tǒng)的整體性能。
　　 提出了基于靜態(tài)頻率規(guī)劃方案與動(dòng)態(tài)用戶(hù)調(diào)度相結(jié)合的中繼蜂窩小區(qū)中干擾協(xié)調(diào)方案。將每個(gè)小區(qū)中的可

7、用子信道劃分為兩份。其中一份用于移動(dòng)用戶(hù)直接與基站通信，而另一份則供通過(guò)中繼節(jié)點(diǎn)兩跳接入基站的用戶(hù)使用。為了保證用戶(hù)之間的公平性，位于基站處的調(diào)度器根據(jù)當(dāng)前信道狀況反饋信息（CSI）構(gòu)造一個(gè)基于得分制度的效用函數(shù)，從而根據(jù)用戶(hù)得分靈活地調(diào)度位于小區(qū)邊緣的用戶(hù)。通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整權(quán)值來(lái)兼顧系統(tǒng)性能和用戶(hù)的公平性，使得小區(qū)之間的干擾能夠得到較好的抑制，有效地提升邊緣用戶(hù)的性能和系統(tǒng)吞吐量。
　　 論文最后對(duì)全文進(jìn)行了總結(jié)，并指出了今后的研