下一代无线通信中多跳蜂窝关键技术研究

论文摘要

随着无线移动通信和互联网络的发展,多种不同的多媒体业务需求在不断提出,而且要求的数据速率及不同的灵活性要求也有很多的不同。从而,在下一代无线通信系统中,在有限的无线资源下,要求系统能够容纳的用户数更多,为单个用户提供的容量更大,同时系统总的容量也更大,并且可以灵活地为不同用户的服务质量要求灵活地提供对应的服务水平。因此,下一代无线通信中,许多关键技术将被引入到系统当中,而且网络拓扑也会发生一定的变化,而多跳蜂窝网络在这两方面都将起到相当重要的作用。它将蜂窝网和自组网进行一定程度的组合,从而同时具备两个系统的优点和排除掉两个系统的缺点,在系统容量、网络能够容纳的用户数、移动台平均发射功率、移动台公平性或小区边缘用户性能提高方面都可以起到较好的增强作用。目前业界关于多跳蜂窝网的研究有很多是建立在分层多跳的基础上的,然而这些研究中很少涉及分层后存在的除时延外的其他问题。论文对分层多跳蜂窝网中存在的时延、公平性、小区中继服务能力等重要问题都进行了理论分析。根据对这些问题进行分析,得到结论均匀分层并不是多跳蜂窝网络理想的分层方式。然后主要根据用户公平性和小区中继服务能力两个方面的问题对分层方式进行了分析计算。在此基础上得到了能够同时解决这两个问题的次优解决方案。这些方案对于移动台的要求更切合实际,在保证系统增益的同时,具有良好的实用性。以移动台作为中继是多跳蜂窝网络的一种方式,目前学者们主要关注的是两跳的系统。但关于小区内移动台能够提供的中继能力和公平性问题很少给出分析,而这些问题是形成稳定网络结构和实现系统性能提高必须要考虑的问题。论文对这两个问题进行了分析和仿真。得到了不同拓扑下保证小区中继服务能力时的小区容量,根据对结果的分析给出了容量增强方案及最佳网络配置。论文还通过仿真对多跳对各种干扰的影响进行了分析,为实际系统中中继的选择提供了相关的依据。此外,论文对非公平情况下小区容量进行了仿真,得出结论这种两跳蜂窝网络在不同的参数组合下对小区容量的增益大小,而这为评定移动台为中继的两跳蜂窝系统提供了依据。以固定站点为中继的多跳蜂窝网络是另外一种多跳蜂窝网拓扑形式,目前也是学者们关注的方向。在协作多点在近两年也成为人们关注的课题情况下,论文将协作多点技术引入到固定中继两跳蜂窝系统中,对其中存在的问题进行了分析,并通过仿真给出了这种协作多点两条中继蜂窝系统在不同的网络拓扑下小区容量、能够容纳的用户数、移动台平均发射功率等方面能够提供的系统性能。经过分析,这几个方面的性能都得到了较好的提高,证明了协作多点固定中继两跳蜂窝系统在无线传输中具有很好的前途。在下一代无线通信系统中,各个方面系统性能都要求有较大的提高,尤其是系统频谱效率和小区边缘频谱效率是两个重要的方面。论文通过对现有网络中理论频谱效率和实际系统中的频谱效率进行分析,并在此基础上对无线系统中影响无线资源使用效率的多个因素进行了说明。此外,论文对多跳蜂窝网如何将这些问题解决也进行了分析和说明。然后,论文根据下一代无线通信的主要需求,说明了多跳蜂窝网的可行性和潜在趋势。论文的研究结果表明,多跳蜂窝网络在一定程度上解决了传统网络中存在的一些问题,在下一代无线通信系统中的前景很好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1.无线结构
• 1.2.未来移动通信发展趋势
• 1.3.蜂窝网特点与发展
• 1.4.ADHOC网络特点与发展
• 1.4.1.AdHoc网络特点
• 1.4.2.AdHoc网络存在的问题
• 1.5.多跳蜂窝网
• 1.5.1.多跳蜂窝网结构
• 1.5.2.多跳蜂窝网中的解决方案
• 1.5.3.多跳蜂窝特点及优势
• 1.6.前人的研究成果
• 1.7.新生技术点
• 1.7.1.无线资源管理新方式
• 1.7.2.复杂度问题
• 1.7.3.公平性问题
• 1.8.论文的主要内容及结构
• 1.9.参考文献
• 第二章 多跳蜂窝网络分层方案及公平性分层分析
• 2.1.分层多跳蜂窝网的公平性
• 2.2.常用分层方式介绍
• 2.3.分层系统模型
• 2.4.分层多跳蜂窝网中的问题分析
• 2.4.1.分层后时延分析
• 2.4.2.用户公平性分析
• 2.4.3.中继服务需求分析
• 2.4.4.分层对掉话率的影响
• 2.5.不同的多跳蜂窝系统分层方式分析
• 2.5.1.均匀分层系统
• 2.5.2.基于公平（Fairness）的分层方式
• 2.5.3.次公平的分层方案
• 2.6.本章小结
• 2.7.参考文献
• 第三章 移动中继多跳蜂窝技术
• 3.1.移动台中继蜂窝网
• 3.2.现有CDMA网络性能分析
• 3.3.移动中继的优势
• 3.4.移动多跳基本分析
• 3.4.1.移动多跳蜂窝网接入
• 3.4.2.多跳方式分析
• 3.4.3.多跳用户产生的干扰分析
• 3.4.4.约束条件
• 3.4.5.中继站点接收的干扰分析
• 3.4.6.仿真模型建立
• 3.5.仿真及分析
• 3.5.1.中继能力无限情况
• 3.5.2.中继能力有限情况
• 3.5.3.增强型网络结构
• 3.6.多跳模式干扰分析
• 3.6.1.多跳模式对小区间干扰的影响
• 3.6.2.仿真及分析
• 3.7.非公平情况下的多跳模式
• 3.8.非公平情况下仿真及分析
• 3.8.1.小区内UE容纳数增益
• 3.8.2.小区内干扰和小区间干扰因多跳的变化
• 3.9.本章小结
• 3.10.参考文献
• 第四章 基于联合固定中继的两跳蜂窝网络
• 4.1.固定中继的优势
• 4.2.固定中继多跳蜂窝网络
• 4.3.协作多点
• 4.3.1.协作多点概念
• 4.3.2.宏分集
• 4.3.3.空间复用
• 4.3.4.网络拓扑
• 4.3.5.固定中继蜂窝网络中的跳数选择
• 4.3.6.联合固定中继
• 4.3.7.增强型网络结构
• 4.4.指标分析
• 4.4.1.小区间干扰
• 4.4.2.发射功率及功率控制
• 4.4.3.噪声积累
• 4.5.系统模型
• 4.6.网络框架性能分析
• 4.6.1.小区间干扰降低情况分析
• 4.6.2.移动台平均发射功率降低情况分析
• 4.6.3.上行容量分析
• 4.7.本章小结
• 4.8.参考文献
• 第五章 多跳蜂窝网络对SE及需求的影响
• 5.1.现有网络中的频谱效率分析
• 5.2.实际系统中的SE分析
• 5.3.引起无线资源无法高效使用的因素分析
• 5.3.1.频率复用引起的小区间干扰
• 5.3.2.各种尺度的衰落
• 5.3.3.空间增益可用性
• 5.3.4.多跳对以上问题的解决
• 5.4.下一代无线通信系统性能提升方法
• 5.4.1.下一代无线网络需求
• 5.4.2.下一代无线网络性能提升
• 5.5.本章小结
• 5.6.参考文献
• 第六章 总结与展望
• 6.1.总结
• 6.2.展望
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表的论文