小基站異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的負(fù)載均衡與資源管理.pdf

1、近年來，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的爆發(fā)式進(jìn)步使社會(huì)生活的內(nèi)容變得豐富多彩，而微電子技術(shù)，尤其是超大規(guī)模集成電路技術(shù)的突飛猛進(jìn)使得手持終端的功能日益強(qiáng)大，開始逐漸承擔(dān)各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用以滿足人們隨時(shí)的數(shù)據(jù)服務(wù)需求，包括娛樂、辦公、通信等。由此，以移動(dòng)終端為承載的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)熱潮正在興起。由于數(shù)據(jù)服務(wù)從傳統(tǒng)的以文本和語音為主的簡(jiǎn)單內(nèi)容轉(zhuǎn)變?yōu)榧曨l、語音、文本等內(nèi)容的綜合服務(wù)，原來的蜂窩網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不堪重負(fù)。為了應(yīng)對(duì)高速增長的數(shù)據(jù)流量負(fù)載，如何利用有限的無線頻譜資源實(shí)

2、現(xiàn)高質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)成為近年來業(yè)界研究的熱點(diǎn)。小基站異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被廣泛認(rèn)可為極具潛力的解決方案，被譽(yù)為未來5G通信中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。
　　最近的一些研究表明，如今大量的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載產(chǎn)生于室內(nèi)環(huán)境。因此，3GPP提議在原先的由宏基站構(gòu)成的傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中部署小基站網(wǎng)絡(luò)。一方面，小基站縮短了終端與基站之間的傳輸距離，改善了服務(wù)質(zhì)量。另一方面，由于在小基站異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，頻率資源被重復(fù)利用，有利于提高頻譜效率。并且，小基站的大量部署可以有效地改

3、善網(wǎng)絡(luò)的覆蓋效果，增強(qiáng)蜂窩邊緣用戶的服務(wù)質(zhì)量。然而，大規(guī)模的小基站的部署也產(chǎn)生了許多新的需要認(rèn)真解決的問題。
　　本文首先研究了回程鏈路受限的小基站異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下的負(fù)載均衡方案設(shè)計(jì)。雖然在小基站異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，原來由宏基站服務(wù)的很多用戶會(huì)被卸載到鄰近的小基站中去，最終為宏基站分擔(dān)負(fù)載。但是，小基站所能為宏基站分擔(dān)負(fù)載的總量不是沒有限制的。由于小基站在部署時(shí)將被分配一條固定的回程鏈路資源。因此，小基站的回程鏈路容量將成為小基站負(fù)載的上限。并

4、且由于用戶的分布隨用戶移動(dòng)而隨機(jī)變化，動(dòng)態(tài)地實(shí)現(xiàn)小基站異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡成為一個(gè)熱點(diǎn)問題。本文首先研究了在小基站端，通過動(dòng)態(tài)設(shè)定小基站的參考信號(hào)接收功率偏置值來實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡的方法。我們考慮了小基站受限的回程鏈路資源的利用率，希望避免資源的浪費(fèi)或者回程鏈路的擁塞。同時(shí)，小基站周圍的用戶的阻塞率也會(huì)對(duì)小基站參考信號(hào)接收功率偏置值的選取產(chǎn)生影響。通過選擇合適的參考信號(hào)接收功率偏置值，我們的算法能夠有效地利用小基站的資源為宏基站分擔(dān)負(fù)載，并且能

5、夠在小基站回程鏈路資源利用率與小基站周圍用戶的阻塞率之間實(shí)現(xiàn)很好的折中。
　　其次，本文研究了小基站異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下的干擾控制方案設(shè)計(jì)。由于在小基站異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，頻率資源將在各基站間多次復(fù)用，這將導(dǎo)致十分復(fù)雜且嚴(yán)重的信號(hào)干擾。在正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中，頻率資源從時(shí)間和頻率兩個(gè)維度上被分割為一個(gè)個(gè)資源塊，小基站再將資源塊分配給用戶使用。因此，通過合理的資源分配，可以減少或規(guī)避干擾，優(yōu)化傳輸信號(hào)質(zhì)量。在本文中，我們首次提出了“先分配再分割”的資源

6、塊分配方法來實(shí)現(xiàn)小基站異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的干擾控制。小基站在首次分配資源塊時(shí)完全不考慮干擾，然后我們利用博弈論中的納什討價(jià)還價(jià)模型設(shè)計(jì)了分布式的算法對(duì)干擾嚴(yán)重的資源塊重新分割。我們的研究首次嘗試由用戶提出資源分割的方案，通過仿真證實(shí)將有效提高用戶的服務(wù)質(zhì)量以及資源利用率。
　　最后，本文研究了在LTE-U（Long Term Evolution in Unlicensed Bands）系統(tǒng)中的資源分配的問題。最近，LTE-U作為未來5G通

7、信中的一項(xiàng)十分有潛力的技術(shù)成為研究熱點(diǎn)。在LTE-U系統(tǒng)中的小基站一方面像之前一樣復(fù)用許可頻段進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，另一方面，它將競(jìng)爭(zhēng)WiFi系統(tǒng)的免許可頻段給自己的用戶使用。因此，在優(yōu)化資源分配的時(shí)候必須聯(lián)合考慮許可頻段與免許可頻段的資源分配。在許可頻段上，由于頻率的復(fù)用，我們的研究中考慮設(shè)定了干擾的最大門限。在免許可頻段上，由于小基站的競(jìng)爭(zhēng)，WiFi系統(tǒng)中的用戶將經(jīng)受更多的信道競(jìng)爭(zhēng)碰撞，因此在我們的研究中對(duì)于小基站占用WiFi的免許可頻段比