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基于随机几何的异构网络的局部延迟和能量效率的研究

基于随机几何的异构网络的局部延迟和能量效率的研究

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作者：董晓杰哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着通信量的指数式增长,移动通信技术和产业进入第五代移动通信(The fifth generation mobile networks,5G)的发展阶段。相比第四代移动通信,5G要求移动通信系统具有更高的业务吞吐量,海量的负载连接,1000倍频谱效率的提高,10倍能量消... 详细信息

随着通信量的指数式增长,移动通信技术和产业进入第五代移动通信(The fifth generation mobile networks,5G)的发展阶段。相比第四代移动通信,5G要求移动通信系统具有更高的业务吞吐量,海量的负载连接,1000倍频谱效率的提高,10倍能量消耗的降低以及毫秒级的时延。异构网络是LTE-Advanced标准中重要的增强型候选技术之一,能够满足5G对时延和能量效率的需求。然而,现有异构网络研究的基站分布模型是泊松点过程,忽略了实际的空间耦合特性。此外,时延和能量效率是衡量异构网络可靠性和有效性的重要性能指标。因此本课题将从基站和用户这两个角度,对基于随机几何的异构网络的时延和能量效率进行研究,其中时延主要是指局部延迟。针对已有基站分布模型存在的问题,本文使用更实际的泊松簇过程进行基站建模,并采用基于不连续传输方法管理基站干扰的方案,以减少能量消耗。针对基于泊松簇过程的异构网络,首次推导其局部延迟和能量效率的表达式,分析局部延迟和能量效率在关键系统参数下的变化,例如休眠概率,基站密度等。同时比较泊松点过程和泊松簇过程下的局部延迟和能量效率的差异,仿真结果表明在低信干比门限或者高休眠概率情况下,这两种模型的局部延迟和能量效率相似。针对用户移动会降低基站干扰的相关性,从而影响局部延迟和能量效率的问题,本文提出了基于渐进分析法推导动态异构网络下局部延迟和能量效率的表达式的方案。渐进分析法的基本原理是假设用户的移动速度和移动范围无穷大,并将用户的无限移动性等效成基站的移动,从而建立动态的异构网络模型。针对动态异构网络,分析用户的移动对局部延迟和能量效率的影响以及不连续传输方法在动态异构网络下的性能十分必要。仿真结果表明用户的移动会削弱不连续传输方法的性能,但不会影响簇的作用。针对异构网络中低功率基站负载小,宏基站负载多的问题,本文采用了基于偏置关联规则拓展低功率基站的覆盖范围的方案,以解决异构网络负载均衡问题,进而优化局部延迟和能量效率。通过给用户的接收信号添加偏置项,并建立偏置项与单用户带宽之间的关系,推导偏置异构网络的局部延迟和能量效率,进行偏置项的优化,从而提升异构网络的局部延迟和能量效率的性能。仿真结果表明最优偏置关联能够显著提高局部延迟和能量效率的性能。

关键词：异构网络局部延迟能量效率随机几何偏置关联

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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

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

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作者：黄添杰哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：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

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