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6G超密集异构网络中热点区域通信建模及物理层安全设计

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6G超密集异构网络中热点区域通信建模及物理层安全设计

作者：胡海霞西北师范大学

学位级别：硕士

随着5G基站在全球大规模部署,6G研究浪潮已席卷而来。6G愿景逐渐擘画,研究技术路线愈发清晰。随处可见的热点区域通信将是6G网络的特点所在,采用超密集组网技术满足热点区域通信需求的同时,也带来了严重的通信安全问题。为此,本论文主... 详细信息

随着5G基站在全球大规模部署,6G研究浪潮已席卷而来。6G愿景逐渐擘画,研究技术路线愈发清晰。随处可见的热点区域通信将是6G网络的特点所在,采用超密集组网技术满足热点区域通信需求的同时,也带来了严重的通信安全问题。为此,本论文主要针对6G热点区域通信中超密集组网及其物理层安全设计进行了研究。具体工作如下:首先,面向6G网络中的热点区域场景(火车站、商场、体育馆等),构建了一个由宏基站、微基站和端到端(Device To Device,D2D)通信组成的多层超密集异构网络。由于蜂窝网络用户设备(User Equipment,UE)和D2D用户工作在同一频段,采用随机几何理论对UE和基站的部署进行建模。针对网络中存在的多类型UE问题,基于簇思想将UE划分为簇内UE和簇外UE。采用共信道频谱共享和正交频谱思想对网络中的频谱资源进行管理,以降低超密集网络系统干扰。针对网络密集化部署引起的系统通信安全问题,提出了全双工D2D-Rx干扰方案。其次,研究了超密集异构网络中D2D网络的系统性能。对D2D-Rx接收机受到的系统干扰进行建模,评估了该模型中D2D-Tx发射机覆盖和通信安全。验证了全双工D2D-Rx接收机辅助通信对D2D网络系统安全性能的提升。仿真结果表明,在D2D-Tx发射功率一定的情况下,随着簇半径的增大,D2D覆盖中断概率增大。同时,采用全双工D2D-Rx可以有效改善系统通信安全。最后,详细研究了蜂窝网络的系统性能。针对热点区域通信场景,设计了蜂窝网络UE和基站级联方案,并对该方案进行建模。根据所构建的模型,评估分析了蜂窝系统覆盖和通信安全。针对多窃听者存在的被动窃听场景,采用全双工D2D-Rx干扰方案。仿真结果表明,该方案在提升系统吞吐量的同时有效提升了蜂窝系统的通信安全。

关键词：超密集组网干扰分布覆盖中断概率物理层安全安全中断概率

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基于泊松簇过程的异构蜂窝网络设计与分析

基于泊松簇过程的异构蜂窝网络设计与分析

作者：陈玉宛西北师范大学

学位级别：硕士

针对热点场景中流量业务需求以及超高速率、超低时延的大规模用户连接问题,第五代移动通信网络在传统技术基础上采用了毫米波、端到端(Device to Device,D2D)和超密集异构网络等关键技术。然而,多层异构网络的密集部署意味着用户会受到... 详细信息

针对热点场景中流量业务需求以及超高速率、超低时延的大规模用户连接问题,第五代移动通信网络在传统技术基础上采用了毫米波、端到端(Device to Device,D2D)和超密集异构网络等关键技术。然而,多层异构网络的密集部署意味着用户会受到更复杂的层内或者层间干扰。同时,在热点区域,用户或者基站也会成簇分布,且不同层基站之间存在一定相关性,则传统上站点均匀分布或独立的齐次泊松点过程的假设已经无法更贴切的建模空间点分布。为此,本文基于泊松簇过程的建模方案对异构蜂窝网络进行分析和设计。具体工作如下:本文首先考虑了一个由微微基站(Pico Base Station,PBS)和毫微微基站(Femto Base Stations,FBS)组成的两层毫米波异构蜂窝网络,在该网络模型中为了更贴切模拟用户和基站的分布,采用了泊松簇的建模方案。在该方案中,把建模为独立泊松点过程的热点中心定义为父点过程,在其周围分布的节点建模为泊松簇过程。为了更好地实现簇用户的服务质量,提出了基于PBS最近距离比的簇分类方案,定义用户设备(User Equipment,UE)与其服务和干扰PBS的距离之比小于分类因子的为簇中心UE,否则定义为簇边缘UE。此外,为了提高频谱效率,提出了新的频谱共享分配方案,即把整个带宽划分为两个正交子带,分别由与PBS级联的簇中心和簇边缘UE使用。对于FBS中的用户,将根据带宽因子随机分配一个子带。继而推导了不同场景下簇用户的级联概率和频谱效率。研究表明,与无分类簇方案相比,联合考虑簇分类和频谱共享分配策略能显著改善簇用户的级联概率和频谱效率。其次,考虑到D2D传输对于异构网络的优良特性,本文分析了D2D混合通信的三层异构蜂窝网络。在该模型中,根据用户的业务流量需求和不同层基站的空间相关性,把PBS建模为泊松点过程,以PBS的覆盖半径为界限,将UE和FBS建模不同的泊松簇过程。在该方案中,用户不仅可以从基站获取请求内容还可以从邻近的UE获得。首先,提出了一种新的簇用户分类方案,即基于PBS覆盖的半径对不同簇用户进行分类。其次,将FBS分为有序和无序两种场景,前者UE会选择最近的FBS级联,后者UE会随机的选择FBS级联,有效的提高UE的级联概率。最后,考虑了新的干扰管理方案,将总可用带宽划分为两个正交子带,分别分配给PBS和宏基站。同时,受低功耗FBS本质的启发,簇中心FBS和簇边缘FBS分别共享两个子带,簇中心子带也由D2D共享。继而推导了不同簇用户的覆盖概率。研究表明,UE和FBS不同的分布方差对各层网络级联概率的影响也不相同。而在功率一定的情况下,PBS和FBS的半径越小,覆盖性能越好。

关键词：异构网络泊松簇过程干扰分布频谱效率覆盖概率

LTE/Wi-Fi双模式上行传输的连接概率和能效研究

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LTE/Wi-Fi双模式上行传输的连接概率和能效研究

作者：韩竞华中科技大学

学位级别：硕士

随着移动通信设备数量的急速增长和应用业务服务质量需求的不断提升,无线通信网络需要更多的频谱资源来满足不断增长的接入需求,同时也需要消耗更多的能量来服务用户。在未许可频谱上部署LTE通信,即LTE-Unlicensed(LTE-U)通信,可以很好... 详细信息

随着移动通信设备数量的急速增长和应用业务服务质量需求的不断提升,无线通信网络需要更多的频谱资源来满足不断增长的接入需求,同时也需要消耗更多的能量来服务用户。在未许可频谱上部署LTE通信,即LTE-Unlicensed(LTE-U)通信,可以很好地解决频谱稀缺的问题,但同时也会对已被授权在未许可频谱上工作的Wi-Fi通信造成干扰。为了使LTE/Wi-Fi共存网络提供高质量、无缝的通信服务,本文利用随机几何理论对LTE/Wi-Fi共存网络进行建模,并从干扰分布函数,成功连接概率和网络有效能效三方面进行了研究和分析。对于LTE/Wi-Fi共存网络的接入机制,本文假设用户首先通过使用载波侦听多路访问机制(CSMA/CA)进行竞争以连接Wi-Fi网络,而连接不成功的用户采用蜂窝通信作为蜂窝用户(cellular user equipment,CUE)。考虑到Wi-Fi网络中的Wi-Fi接入点(Wi-Fi access point,WAP)会受到其他Wi-Fi用户(Wi-Fi user equipment,WUE)的干扰,我们根据干扰保护区域,推导了WAP所受总干扰的分布函数及其上下界。由于成功连接概率决定了用户接入网络的情况,在干扰分布函数的基础上,我们利用CSMA/CA机制和蜂窝通信截断概率,进一步分别推导出Wi-Fi通信和蜂窝通信的成功连接概率。并通过仿真证明了Wi-Fi通信的成功连接概率会受到WAP接收信号阈值和能量监测阈值两者的共同影响。最后,为提高用户通信能效,本文评估了LTE/Wi-Fi共存网络中上行链路的能量效率,推导出有效能效的闭合表达式。对比于蜂窝通信,我们发现在较大接收信号阈值的状态下,Wi-Fi通信的平均能效会独立于用户密度并趋于饱和,这一点体现出Wi-Fi通信具有提高网络能效的潜力。上述的研究成果对实际的蜂窝网络部署也极具现实意义。

关键词： LTE/Wi-Fi共存网络随机几何载波侦听多路访问机制(CSMA/CA) 干扰分布成功连接概率能量效率

配置定向天线的多层无人机通信网络性能分析评估

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配置定向天线的多层无人机通信网络性能分析评估

作者：徐欢华中科技大学

学位级别：硕士

随着无人机平台性能的提高,例如更大的有效载荷能力,更长的飞行时间,更强的空间移动性,以及更完善的电源管理,无人机被越来越多的用于遥感信息采集,交通道路监控,地震灾害救援方面。目前的无人机主要配置全向天线,全向天线各方向统一增... 详细信息

随着无人机平台性能的提高,例如更大的有效载荷能力,更长的飞行时间,更强的空间移动性,以及更完善的电源管理,无人机被越来越多的用于遥感信息采集,交通道路监控,地震灾害救援方面。目前的无人机主要配置全向天线,全向天线各方向统一增益,覆盖范围较大。然而,全向天线由于接收来自各个方向的信号,在接收地面用户上行传输信息的过程中,会受到来自基站的严重干扰。同时无人机因为受体积、重量、功率等因素限制,不适合安装天线阵列来解决此问题,因此一种可行的解决方案是为无人机配置定向天线。本文利用随机几何理论对多层无人机网络进行建模,并引入一种简单的定向天线模型来对多层无人机通信网的性能进行分析。连接概率是描述用户节点能否接入无人机网络的一项重要指标。由于用户接收阈值的存在,只有满足一定距离条件的无人机才能与用户相连接,我们假设用户选择能够提供最大功率的无人机作为服务节点进行通信。基于无人机距离的条件分布,我们得到了连接概率的表达式,并通过仿真分析了飞行高度,用户接收阈值,方向性天线因子对连接概率的影响。接下来本文在距离分布和干扰分布的基础上,推导出多层无人机网络覆盖概率的闭合表达式。我们还通过仿真发现存在最优无人机网络飞行高度使得系统覆盖概率最大,同时网络的连接概率和覆盖概率之间存在一个折衷。我们还将系统覆盖率的仿真结果与单层全向天线无人机网络进行了比较,结果表明我们提出的系统要优于上述系统。我们的研究证明了配备定向天线无人机网络的性能优势,而且我们的研究对多层无人机网络的实际部署也提供了现实意义和参考价值。

关键词：定向天线多层无人机网络随机几何干扰分布连接概率覆盖概率

基于CSMA/CA的无线多跳网中干扰特征仿真

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计算机应用 2013年第12期33卷 3398-3401页

作者：谭国平唐璐瑶花再军刘修泉河海大学计算机与信息学院南京211100 广州番禺职业技术学院广州511400

近年来,无线多跳网络快速发展,冲突干扰作为影响无线多跳网络性能的关键因素,越来越受到研究者的重视。针对网络中干扰节点的不同分布情况,采用随机点过程的模拟方式,重点研究了在载波侦听多路访问/冲突避免(CSMA/CA)协议下,节点基于不... 详细信息

近年来,无线多跳网络快速发展,冲突干扰作为影响无线多跳网络性能的关键因素,越来越受到研究者的重视。针对网络中干扰节点的不同分布情况,采用随机点过程的模拟方式,重点研究了在载波侦听多路访问/冲突避免(CSMA/CA)协议下,节点基于不同随机点过程分布的累积干扰特征;并搭建基于NS2的干扰仿真平台,模拟实际网络干扰分布特征。最后,将两者进行对比,发现基于随机点过程的干扰分布特征与实际网络干扰分布特征存在一定差异,并指出了存在差异的原因。

关键词：冲突干扰载波侦听多路访问冲突避免随机点过程干扰分布干扰建模