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随机几何理论在蜂窝网络中的应用

蔡杰  
【摘要】:近些年手机用户数量得到了爆发式的增长,用户对无线通信的需求越来越大。为了适应当下越来越复杂的通信服务需求,现代蜂窝网络中基站的部署变得越来越密集、分布方式越来越复杂。为了进一步提升无线通信服务质量,考虑在传统蜂窝网络中加入新的通信技术如D2D通信技术或多小区协作技术。但是这些新技术的引入导致了蜂窝网络复杂度增加,过去常用的维纳模型已经无法准确地分析存在多种通信模式下的复杂蜂窝网络。因此如何用更准确的模型分析蜂窝网络和存在其他通信方式的异构蜂窝网络的性能已经成为重要的研究方向。为了避免传统维纳模型带来的各种不准确性,本文使用更具有随机性的泊松点过程模型对蜂窝网络进行建模,利用随机几何工具进行分析。重点分析了蜂窝网络上行链路和下行链路的覆盖概率。本文首先分析了蜂窝网络下行链路,在下行链路中利用泊松点过程模型对基站分布情况进行建模,分析了在整个蜂窝网络中使用频率复用技术情况下的小区覆盖能力和基站平均发送速率。分析发现频率复用技术在增强小区的覆盖能力的同时会降低基站的平均发送速率。接着利用泊松点过程分析了在蜂窝网络中引入D2D通信场景下的上行链路覆盖概率,其中只允许部分潜在D2D用户复用蜂窝资源进行D2D通信。分析发现允许空间中大部分潜在D2D用户复用蜂窝资源进行D2D通信时,对普通蜂窝用户的上行链路性能影响不大。最后本文分析了在传统蜂窝网络中引入多小区协作技术,利用泊松点过程进行建模和分析。得到选择不同数目的协作基站的情况下,多小区协作对蜂窝覆盖能力带来的增益。


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