LTE-A中继系统的调度及频谱共享研究

论文摘要

为了满足未来移动通信系统日益增加的高速数据业务需求,LTE-A （Long Term Evolution-Advanced,先进的长期演进）系统对小区的平均吞吐量和小区边缘用户的数据速率提出了更高的要求。中继作为一种低功率、低成本的网络设备被引入到LTE-A系统中,将为小区带来更高的系统容量和更大的网络覆盖范围。目前,世界各大电信运营商、通信标准化协会以及通信设备制造商均已投入到先进中继技术的研发中,力争在下一代移动通信技术的发展中处于领先地位。双向中继技术以其高频谱效率的优势,近年来被国内外学者广泛关注。三星公司也曾在3GPP（the Third Generation Partnership Project,第三代合作伙伴计划）会议上发表过相关提案,探讨了双向中继技术在LTE-A网络中的应用。本文通过考虑用户对速率、延时和公平性等各种不同的性能要求,研究了多用户双向中继网络中的调度问题。本文首先结合信噪比均衡技术和最优功率分配机制定义了速率因子作为对用户速率的衡量,其次定义了实时性因子来反映用户业务的不同延时要求,再次定义了队列因子来度量每对用户当前的缓冲区状态。基于上述的定义,本文基于不同的性能要求,提出了三种调度机制：第一种调度机制联合考虑了速率因子和实时性因子,第二种调度机制联合考虑了速率因子和队列因子,第三种调度机制联合考虑了速率因子、实时性因子和队列因子。通过与传统的速率最大化调度机制的仿真比较,证明了提出的三种算法在性能方面的优越性。经过统计研究表明,移动用户位于室内的概率是80%。为了解决室内热点、死点及网络拥塞等问题,室内中继技术被写入了3GPP的研究报告中。本文针对无线频谱稀缺与频谱利用率低下这一矛盾,有效利用路径损耗、多径衰落、阴影衰落及穿透损耗等因子,提出了LTE-A室内中继网络上行链路的机会频谱共享机制。在本文所考虑的网络模型中,若某个室内用户或室外用户在一个资源块上的干扰功率低于一定的门限,则此用户可以获得共享这个资源块的机会。从无频谱共享的参考场景着手,本文分三步考虑了室内用户共享室外频谱、不同区域内的室内用户之间相互共享频谱以及室外用户共享室内频谱的场景。仿真结果表明,室内与室外用户的吞吐量可以在不同的频谱共享阶段被提高。通过机会频谱共享,小区的总吞吐量得到了大幅度提高,多用户分集在此过程中也被有效开发。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 移动通信的发展现状
• 1.2 本文研究的目的与意义
• 1.3 本论文的研究工作与结构安排
• 第二章 LTE-A系统与中继技术简介
• 2.1 LTE-A系统简介
• 2.1.1 LTE-A系统需求
• 2.1.2 LTE-A无线传输技术
• 2.1.3 LTE-A物理层结构
• 2.2 中继技术简介
• 2.2.1 中继的原理
• 2.2.2 中继分类
• 2.3 本章小结
• 第三章 调度与频谱共享技术简介
• 3.1 分组调度简介
• 3.1.1 分组调度的功能
• 3.1.2 分组调度的评估指标
• 3.1.3 常用的分组调度算法
• 3.2 频谱共享技术简介
• 3.2.1 频谱共享技术的提出
• 3.2.2 频谱共享技术分类
• 3.3 本章小结
• 第四章 双向中继网络中考虑实时性与公平性的联合调度机制研究
• 4.1 多用户双向中继系统模型
• 4.2 考虑实时性与公平性的联合调度机制
• 4.2.1 用户需求因子的定义
• 4.2.2 联合调度机制
• 4.2.3 性能因子
• 4.2.4 调度算法
• 4.3 仿真结果
• 4.4 双向中继技术在LTE-A系统中的应用
• 4.5 本章小结
• 第五章 LTE-A室内中继网络上行链路机会频谱共享机制
• 5.1 LTE-A室内中继系统网络拓扑
• 5.2 LTE-A室内中继网络上行链路机会频谱共享
• 5.2.1 参考场景
• 5.2.2 室内用户共享室外频谱
• 5.2.3 室内用户共享室内频谱
• 5.2.4 室外用户共享室内频谱
• 5.3 仿真结果
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢