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《北京邮电大学》 2012年
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异构协同无线网络中若干关键技术的研究

彭晓川  
【摘要】:随着通信技术的发展、市场需求的变化和商业竞争的加剧,移动通信系统和宽带无线接入网络分别朝着各自的发展方向不断演进,逐步形成了多种网络共存的异构无线网络环境。在异构网络融合进行的如火如荼之时,能够实现虚拟多天线的协同中继技术引起了业界的广泛关注,能否把协同中继网络融入已有的网络架构,提高现有网络的传输速率,减小网络功耗,扩展网络覆盖范围,是构建未来无线通信网络的重要技术之一。异构网络覆盖情况复杂、多种接入技术并存,传统的单一网络内部的无线资源管理、移动性管理以及服务质量管理等技术不能有效的支持异构网络间的协同工作,如何实现异构网络之间的有效融合与协同工作,对分散的网络资源进行有序的整合,保证移动用户在多种无线网络问通信的连续性,提高网络性能和无线资源利用率,是异构网络协同管理机制面临的技术挑战。本文重点研究了改进异构协同无线网络整体性能所涉及到的关键技术,包括无线资源管理、条件协同机制、协同网络编码、以及结合AMC和HARQ的跨层设计,并通过仿真平台对提出的方案和算法进行了验证,主要创新性工作包括以下几点: 提出了一种通过无线中继节点实现异构无线网络互联互通的通信机制,满足了以基础架构网为主体、各种短程无线接入网作为补充子网接入主网的需求,并且能够显著地增加传统蜂窝网络的覆盖范围和系统容量,形成无所不在的无线接入环境。 提出了一种基于策略的联合无线资源管理方案,并给出了基于策略的网络选择算法、垂直切换算法和QOS分组调度算法。所提联合无线资源管理方案和相关算法能够对异构网络中不同特性的多种接入网络进行整体的资源分配和接入控制,能够对分散的网络资源进行有效的整合,实现多种网络之间的有效融合与协同工作,为用户带来丰富、优质、可靠的业务体验,在满足业务需求的基础上最大化异构网络资源利用率。给出了联合无线资源管理方案各功能模块的工作原理和通信过程,通过引入对网络进行策略控制的思想,提出了相关算法。通过仿真分析,证明了基于策略机制的相关算法能够综合考虑用户偏好、业务特性和网络状况为每个业务分配最佳网络,并且能够提高系统吞吐量和资源利用率。 分析了协同系统中各种中继协作模式的优缺点,提出了一种基于非合作博弈理论的分布式资源分配算法,以解决协作用户对之间存在的资源竞争问题,提高协同中继网络的系统性能。通过仿真分析,证明了所提算法能够提高用户信息速率,公平地进行协作用户对之间的子载波和功率分配,从而提高了网络容量和无线资源利用率,满足了多种不同用户的业务需求。 提出了一种结合信道状态和分组队列情况的条件协同机制,以实现中继节点选择带来的分集增益。该机制在选择中继节点之前,首先考虑业务分组队列的长度,防止信道状态较差的中继节点分组排队时间较长,发生缓冲区溢出导致的系统中断。采用分形布朗运动模型来描述源节点和用户中继的业务到达情况,能够准确的描述网络业务的自相似性。通过仿真分析,证明了所提出的条件协同机制能够降低队列长度的截尾分布,降低系统的中断概率,提高网络性能。 提出了将网络编码应用到分布式天线系统和用户间协作通信系统的协同网络编码方案,该方案允许中继节点对经过它的数据进行解码和网络编码,从而进一步压缩信息,以提高网络传输效率。分析了采用网络编码前后分布式天线系统和用户间协作通信系统的中断概率,以中断概率为指标可以看到采用网络编码技术对协同通信系统性能的提高。仿真结果表明,在信道条件比较好的时候,采用网络编码的协同通信系统中断概率低于普通的协同通信系统,并且在保证一定的系统中断概率下所需的发送功率也低于普通的协同通信系统。 提出了结合AMC与HARQ的跨层设计,给出了Chase合并和冗余递增HARQ机制下,各种调制编码方式的平均重传次数、平均时延和平均吞吐量的准确闭式解表达式。所提的跨层设计方案能够获得AMC和HARQ结合带来的两个技术优点——AMC提供粗略的数据速率选择、HARQ基于信道条件提供精细的数据速率调整。基于导出的准确闭式解表达式,提出了一种新的MCS选择机制——基于速率估计的MCS选择机制,该机制根据对MCS平均数据速率的估计为下一时隙选择调制编码方式。仿真结果表是,基于速率估计的MCS选择机制能够显著地提高TCP业务的吞吐量、降低TCP分组的平均传输时延。 总之,本文研究了改进异构协同无线网络整体性能所涉及到的关键技术,提出了通过无线中继节点实现异构无线网络互联互通的通信机制,提出了基于策略的联合无线资源管理方案,提出了结合信道状态和分组队列情况的条件协同机制,提出了将网络编码应用到分布式天线系统和用户间协作通信系统的协同网络编码方案,提出了结合AMC与HARQ的跨层设计,从而能够实现异构网络之间的有效融合与协同工作,对分散的网络资源进行有序的整合,保证移动用户在多 线网络间通信的连续性,提高无线资源利用率和网络性能。
【学位授予单位】:北京邮电大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TN929.5

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