基于上下行解耦接入的异构网络的局部延迟和能量效率研究

作     者：黄添杰 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郑福春

授予年度：2020年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：异构网络 泊松簇 随机几何 上下行解耦接入 局部延迟 能量效率 

摘      要：5G的广泛应用让万物互联成为可能,海量的入网设备促使无线移动数据流量出现了爆炸性的增长,而且,在全球推行经济数字化的背景下,在线游戏、云存储和短视频业务的迅速普及令用户的上行传输性能受到越来越多的关注。另一方面,异构网络被应用到5G网络的建设中,旨在进一步提升无线网络的吞吐量,然而受制于传统的上下行耦合接入的用户关联方式,异构网络下用户的上行传输性能的提升遇到瓶颈,无法满足未来移动通信的性能要求。针对这一问题,本文主要使用上下行解耦接入策略,且基于泊松点和泊松簇过程的基站位置分布模型,开展对异构网络下用户上行传输的局部延迟和能量效率性能提升的研究。针对异构网络的特点,本文提出了基于上下行解耦接入模式的用户上行传输关联方案,推导了用户基站关联概率和关联距离的概率密度函数表达式,并计算出基站的负载和平均用户关联距离。对比基于比上下行耦合接入模式的用户关联方案,发现异构网络中采取上下行解耦接入方案时宏基站的负载得到了均衡,平均用户关联距离得到了减小,上下行解耦接入模式有利于上行传输系统性能的提升。基于泊松点过程,本文建立了异构网络干扰分析模型,运用随机几何工具简化了异构网络中用户成功传输概率的计算,推导出局部延迟和能量效率表达式,并仿真及分析了信干比门限、微基站密度和功率补偿系数对异构网络性能的影响。同时总结了一些有意义的结论,例如与上下行耦合接入模式相比,上下行解耦接入模式下的局部延迟更低,系统能量效率更高,还有上下行解耦接入模式可以解决因采用功率补偿策略而导致能效下降的问题。考虑了泊松点过程与实际基站分布的差异,本文建立基于泊松簇过程的时延和能效分析模型,推导了泊松簇过程下的用户成功传输概率。仿真及分析了上下行耦合与解耦接入两种模式下的局部延迟和能量效率受信干比门限、微基站密度和簇平均基站数的影响,结果表明在泊松簇过程中,上下行解耦接入模式依然比上下行耦合接入模式更有优势。同时还验证了,对比泊松点过程,上下行解耦接入模式在基于泊松簇过程的异构网络中对局部延迟的降低更明显,对能量效率的提升更显著。