无线接入网中无线下行覆盖自优化和自主负载均衡方法

论文摘要

无线接入网的发展呈现大规模、复杂、开放、异构和动态的特点,用户对无线接入网所提供服务的质量要求也越来越高。在这样的网络中,商业目标、系统结构、运行环境和用户需求等均会不断发生变化,这要求网络能够动态地适应这些变化以保证向用户提供优质的服务。为了达到该要求,人工的对网络进行配置、优化、修复和重配置等往往会带来高额的运维成本。为了减少因人工运维行为而带来的运维成本,并提高网络优化效率和运行质量,自组织网（Self-Organizing Networks, SON）的概念被引入到未来的无线接入网中。未来的无线接入网被认为应具备SON功能,包括自配置、自优化和自愈三个功能域,每个功能域又可以分解为多个具体的用例。下行覆盖性能一直是无线接入网重要的性能指标之一,负载均衡可以有效提升通信热点地区的网络容量,保证用户服务质量水平,而当前无线接入网的无线下行覆盖优化和负载均衡均需依靠人工调整优化,因此无线下行覆盖自优化和自主负载均衡被认为是无线接入网SON功能的自优化功能域中的重要用例。研究上述两个用例的实现方法对提高无线接入网的运行质量,降低运维成本具有重要意义。本文研究了如何利用自主网络管理技术来实现无线接入网的SON功能,研究的重点集中在无线接入网中无线下行覆盖自优化和自主负载均衡的方法。本文的主要贡献为：（1）提出一种无线接入网下行覆盖自优化方法——模拟退火自主覆盖优化法。方法适用于WCDMA、TD-SCDMA、LTE等体制的无线接入网,通过小区发射功率的自主调节实现覆盖优化,仿真实验证明,在各种不合理下行覆盖情况下,模拟退火自主覆盖优化法均可以有效提高网络下行覆盖质量,使各项下行覆盖指标达到目标参考值的要求。（2）提出一种集中式的自主负载均衡方法——博弈分流自主负载均衡法。方法适用于TD-SCDMA体制的无线接入网,利用调节基站参数（天线阵列的阵元加权系数）的技术手段实现负载均衡,同时兼顾覆盖优化。通过理论分析证明了方法中的关键算法可以收敛到问题的局部最优解。通过仿真验证了该方法在均衡负载、提升网络容量方面的性能优于现有方法,能保证基站间有合理的下行覆盖交叠,解决现有方法中基站交叠面积不受控和切换机制阻碍均衡行为的问题。（3）提出了一种分布式的自主负载均衡方法——适用于TD-LTE的自主水流负载均衡法。方法利用基站对波束赋形的控制能力调节基站覆盖范围实现负载均衡,并基于LTE体制无线接入网的扁平化网络结构设计,通过在基站中增加自主管理模块,使基站获得自主负载均衡能力。通过理论分析证明了方法中的关键算法可以收敛到问题的局部最优解。通过仿真验证了该方式可以通过基站间的协调实现负载均衡,在网络中出现热点时,可以有效提高网络容量,并保证基站间有合理的覆盖交叠。（4）在适用于TD-LTE的自主水流负载均衡法的基础上进行改进,提出适用于LTE（包括TD-LTE和FD-LTE）的自主水流负载均衡法。方法通过调节基站的切换迟滞冗余并结合切换机制实现负载均衡。通过仿真验证了该方法可以有效均衡通信热点区域的基站负载,提高网络容量。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 本文的主要贡献
• 1.3 博士期间工作
• 1.4 论文结构
• 参考文献
• 第二章 无线接入网自主负载均衡和下行覆盖自优化技术
• 2.1 无线接入网的SON功能概述
• 2.1.1 主要SON用例
• 2.1.2 SON功能的部署方式
• 2.2 自主网络管理技术概述
• 2.2.1 自主网络管理的概念
• 2.2.2 自主网络管理系统的组成
• 2.3 无线接入网SON功能和自主网络管理技术的关系
• 2.4 无线下行覆盖自优化研究现状及存在问题
• 2.4.1 3GPP标准化组织的相关研究
• 2.4.2 其他相关研究
• 2.4.3 小结
• 2.5 自主负载均衡研究现状及存在问题
• 2.5.1 3GPP标准化组织的相关研究
• 2.5.2 SOCRATES项目的相关研究
• 2.5.3 其他相关研究
• 2.5.4 小结
• 2.6 本章小结
• 参考文献
• 第三章 无线接入网下行覆盖自优化方法
• 3.1 引言
• 3.2 模拟退火自主覆盖优化法
• 3.2.1 检测SAACOS触发条件
• 3.2.2 CD信号强度、质量测量值的提取
• 3.2.3 估算覆盖指标值
• 3.2.4 生成基站CD信号发射功率调整方案
• 3.2.4.1 优化模型
• 3.2.4.2 SAACOS中UMOSA算法实现
• 3.2.5 调整小区下行信号发射功率
• 3.3 仿真及分析
• 3.3.1 仿真环境设置
• 3.3.2 下行覆盖过度仿真分析
• 3.3.2.1 仿真参数设置及实现
• 3.3.2.2 仿真前后覆盖指标比较
• 3.3.3 下行覆盖不足仿真分析
• 3.3.3.1 仿真参数设置及实现
• 3.3.3.2 仿真前后覆盖指标比较
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 基于覆盖范围调整的集中式自主负载均衡方法
• 4.1 引言
• 4.2 博弈分流自主负载均衡法
• 4.2.1 循环博弈分流法
• 4.2.2 算法性能分析
• 4.2.3 网格覆盖法
• 4.2.4 天线综合
• 4.3 仿真及分析
• 4.3.1 仿真环境设置
• 4.3.2 GDALB中参数值的选取
• 4.3.3 仿真结果比较
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第五章 基于覆盖范围调整的分布式自主负载均衡方法
• 5.1 引言
• 5.2 适用于TD-LTE的自主水流负载均衡法
• 5.2.1 T-AFWBM自主管理模块及自主管理流程
• 5.2.2 适用于TD-LTE的水流算法
• 5.2.2.1 问题的提出
• 5.2.2.2 适用于TD-LTE的水流算法
• 5.2.2.3 算法性能分析
• 5.2.3 生成目标覆盖范围和天线综合
• 5.3 仿真及分析
• 5.3.1 仿真环境设置
• 5.3.2 T-AFWBM中参数值的选取
• 5.3.3 仿真结果比较
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 第六章 基于切换参数调整的分布式自主负载均衡方法
• 6.1 引言
• 6.2 适用于LTE的自主水流负载均衡法
• 6.2.1 L-AFWBM自主管理模块及自主管理流程
• 6.2.2 适用于LTE的水流算法
• 6.2.2.1 问题的提出
• 6.2.2.2 适用于LTE的水流算法
• 6.3 仿真及分析
• 6.3.1 仿真环境设置
• 6.3.2 仿真结果比较
• 6.3.3 参数取值对方法性能的影响
• 6.4 本章小结
• 参考文献
• 第七章 结束语
• 7.1 论文工作总结
• 7.2 问题和展望
• 7.2.1 下行覆盖自优化方法的进一步研究
• 7.2.2 自主负载均衡方法的进一步研究
• 附录 缩略语
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 攻读学位期间申请的发明专利