4G無線網(wǎng)格大容量高可靠核心技術(shù)研究.pdf

1、為解決第4 代移動通信(4G)大容量高可靠核心技術(shù)，本文首次提取ad hoc 網(wǎng)絡的多用戶分集方法及其協(xié)作本質(zhì)，系統(tǒng)地研究了協(xié)作能夠低成本地提高容量和可靠性并支持可擴展；將該理論創(chuàng)新從4G 設計之初就在資源分配、拓撲控制、路由重構(gòu)、環(huán)境感知、多層優(yōu)化、業(yè)務提供等全方位融入蜂窩，提出了一種集成ad hoc 與基礎設施網(wǎng)絡(IAIN)的新體制；指明4G 不僅應在單鏈路上改進，更可依據(jù)2000 年以來的發(fā)現(xiàn)（單位面積隨機拓撲無線網(wǎng)絡吞吐量容量

2、隨節(jié)點數(shù)增長等），在網(wǎng)絡容量上實現(xiàn)飛躍。 基于IAIN，面對干擾等限容因素挑戰(zhàn)，依據(jù)網(wǎng)絡信息論，提出下列擴容方案。 利用基礎設施：部署隨機分布的基站，揭示了容量規(guī)律，并提高頻譜效率和功率效率； 利用節(jié)點移動：發(fā)掘移動等效鏈路吞吐量，付出時延代價來提高頻譜效率和功率效率。給出了時延約束下的容量，并制定IAIN Diffserv 的最優(yōu)折中，為實時高吞吐量業(yè)務降至最低連通度以節(jié)省網(wǎng)絡劃分開銷； 利用干擾消除：

3、增加算法復雜度，提高頻譜效率和功率效率。給出了相干多級自適應方案，并探討在瑞利衰落、非理想功控及定時誤差下的容量擾動； 利用定向天線：增加空間復用，提高頻譜效率和功率效率。由其擴容效果，給出了對上述方案的改進； 利用超寬帶網(wǎng)：加寬頻帶，雖降低傳統(tǒng)意義的頻譜效率，但提高功率效率。采用衰落時任意維滲透模型，提出了功率受限的容量，表明城區(qū)多徑衰落下UWB 對IAIN擴容更顯著； 利用多路接口：支持同時傳輸，提高頻譜效率

4、和功率效率，付出多路轉(zhuǎn)換開銷。 研究了網(wǎng)口數(shù)和通道數(shù)下的容量，由此提高了擴容的成本效率。 由這6 個層面的一整套新型實用體系，提出IAIN 分布式節(jié)點對稀缺無線資源既獨立自主競爭又共贏共享合作，形成資源配置效率更高的動態(tài)競合的均衡。 針對可靠拓撲及其可擴展，提出IAIN 基于群組移動和隨機幾何的實時競合拓撲控制，維持依概率拓展覆蓋所需的最小k 度連通主干集，并采取IAIN 按需感知的自重構(gòu)路由管理和在多協(xié)議集之間

5、的協(xié)商。進一步將不可靠的通信鏈路抽象為定時異步網(wǎng)絡模型，并考慮節(jié)點崩潰和Byzantine 失效兩類故障模型，提出IAIN 大規(guī)模拓撲變化中的動態(tài)競合容錯機制，形成新型可靠移動信息環(huán)境。 針對可靠低功耗多層優(yōu)化，提出IAIN 將待機和通話都細分為多個子狀態(tài)來轉(zhuǎn)換的機制和動態(tài)競合節(jié)能管理的策略。在MAC 層，最小化由隨機訪問造成的沖突，并考慮預約機制本身的能耗，設計整體可靠低功耗的競合協(xié)議；在LLC 層，基于節(jié)點和連接的可靠節(jié)能而