【摘要】：近年來(lái),移動(dòng)通信技術(shù)不斷發(fā)展。盡管無(wú)線資源管理存在已久,但它作為移動(dòng)通信領(lǐng)域的重要組成部分之一,同樣需要適應(yīng)新的技術(shù)與發(fā)展需要。尤其是當(dāng)前正處于由第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)(The 4th Generation,4G)向第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)(The 5th Generation,5G)轉(zhuǎn)變的時(shí)期,更加新穎的技術(shù)不斷涌現(xiàn),更多的通信場(chǎng)景不斷被細(xì)化,傳統(tǒng)的無(wú)線資源管理方式在面對(duì)這些新技術(shù)與場(chǎng)景時(shí)已難以全面適應(yīng)。如多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)系統(tǒng)有朝著大規(guī)模MIMO發(fā)展的趨勢(shì),無(wú)線資源管理中的用戶(hù)分組與調(diào)度需要考慮隨之而來(lái)的影響;而無(wú)線網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)的引入,則需要無(wú)線資源管理考慮切片與調(diào)度問(wèn)題,使系統(tǒng)能夠滿(mǎn)足不同的虛擬網(wǎng)絡(luò)(Virtual Network,VN)各自的需求;另外,隨著超密集網(wǎng)絡(luò)(Ultra-Dense Network,UDN)等場(chǎng)景的興起,異構(gòu)網(wǎng)中對(duì)于減少小區(qū)間干擾的需求進(jìn)一步增長(zhǎng),小區(qū)間的干擾協(xié)調(diào)問(wèn)題值得進(jìn)一步考慮。在這一背景下,本文對(duì)面向5G的無(wú)線資源管理技術(shù)進(jìn)行了研究,旨在使無(wú)線資源管理適應(yīng)新的發(fā)展需求,能夠與新的技術(shù)場(chǎng)景相結(jié)合,始終保持較強(qiáng)的有效性與活力。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)針對(duì)大規(guī)模MIMO這一場(chǎng)景,重點(diǎn)研究了多用戶(hù)MIMO系統(tǒng)中的用戶(hù)分組與調(diào)度技術(shù)。對(duì)于單天線用戶(hù)場(chǎng)景,首先研究了用戶(hù)分組組數(shù)對(duì)于系統(tǒng)性能的影響,并提出了用戶(hù)分組數(shù)目可以動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的分組與調(diào)度方案。該方案主要分為用戶(hù)分組與組數(shù)調(diào)節(jié)兩部分,前者完成具體的用戶(hù)分組調(diào)度,而后者則能夠根據(jù)組內(nèi)用戶(hù)的性能表現(xiàn)來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)分組數(shù)目,仿真結(jié)果表明相比于固定組數(shù)等分組方案,所提方法有效提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性,減少了其因組數(shù)及組內(nèi)用戶(hù)數(shù)目變化帶來(lái)的性能損失。另外,單天線用戶(hù)場(chǎng)景中普遍使用了基于相關(guān)性系數(shù)的用戶(hù)選擇算法,原則是將相關(guān)性大的用戶(hù)分到不同組以降低性能損失。然而,這些算法并未給出相關(guān)性系數(shù)與性能損失的準(zhǔn)確關(guān)系式。基于這一問(wèn)題,本文推導(dǎo)出了單天線用戶(hù)場(chǎng)景中的用戶(hù)信干噪比(Signal-to-Interference-Plus-Noise Ratio,SINR)損失與用戶(hù)間相關(guān)性的準(zhǔn)確關(guān)系式,并基于此關(guān)系式提出了大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中更合理的基于相關(guān)性系數(shù)的用戶(hù)選擇算法,有效降低了組內(nèi)用戶(hù)因相關(guān)性導(dǎo)致的平均性能損失。除此之外,本文還對(duì)多天線用戶(hù)場(chǎng)景展開(kāi)了研究,在該場(chǎng)景中,基于弦距離的用戶(hù)選擇算法普遍被認(rèn)為是有著較好性能與最低復(fù)雜度的用戶(hù)選擇方案。本文基于相關(guān)性系數(shù)與矩陣運(yùn)算,提出了更有效的用戶(hù)選擇方法,相比于之前復(fù)雜度最低的弦距離用戶(hù)選擇法,所提方案具有更高的吞吐量與更低的復(fù)雜度,對(duì)進(jìn)一步降低大規(guī)模MIMO中用戶(hù)選擇算法的運(yùn)行時(shí)間具有重要意義。(2)針對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)虛擬化中的無(wú)線資源管理,提出了無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)側(cè)的動(dòng)態(tài)切片與用戶(hù)調(diào)度方案。該方案可劃分為兩個(gè)主要部分:資源分配部分以及資源調(diào)整部分。資源分配部分用于在給定了資源數(shù)目的前提下對(duì)VN內(nèi)的用戶(hù)進(jìn)行具體的調(diào)度,不同VN內(nèi)的用戶(hù)可以使用不同的調(diào)度算法;而在資源調(diào)整部分,系統(tǒng)將根據(jù)每個(gè)VN的需求和網(wǎng)絡(luò)內(nèi)用戶(hù)的性能表現(xiàn)來(lái)對(duì)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的資源占用情況進(jìn)行調(diào)整,以實(shí)現(xiàn)更好的性能。該方案提供了新的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的切片思路,并細(xì)化了切片后的具體調(diào)度方法,實(shí)現(xiàn)了較好的隔離性。仿真結(jié)果表明,在用戶(hù)數(shù)目變化的情況下,所提方案仍然能夠良好地滿(mǎn)足不同虛擬網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的用戶(hù)需求。(3)隨著小小區(qū)數(shù)目的增多,小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)(Inter-Cell Interference Coordination,ICIC)愈發(fā)成為一個(gè)重點(diǎn)問(wèn)題。針對(duì)異構(gòu)網(wǎng)場(chǎng)景,本論文提出了集中式的宏小區(qū)靜默方案,旨在減少小區(qū)間的跨層干擾。所提方案在子信道的層面上對(duì)宏基站進(jìn)行靜默,改善了小小區(qū)內(nèi)用戶(hù)的性能,同時(shí)兼顧了跨層與同層用戶(hù)間的吞吐量與公平性。在方案中,通過(guò)集中式的方式,宏基站將綜合考慮自身及各小小區(qū)內(nèi)用戶(hù)的公平性、吞吐量等因素,在每一個(gè)子信道上判斷是否需要靜默。在完成判斷的同時(shí),系統(tǒng)也對(duì)該子信道上宏基站及小小區(qū)各自需要調(diào)度的用戶(hù)進(jìn)行了確定。通過(guò)本方案,異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的基站能夠更加有效地利用時(shí)頻資源,使小區(qū)間的干擾影響進(jìn)一步降低。仿真結(jié)果表明,所提方案有效地提升了系統(tǒng)內(nèi)用戶(hù)的吞吐量與公平性。
【圖文】：

可以理解成是現(xiàn)有無(wú)線技術(shù)的演進(jìn)和新型革命性設(shè)計(jì)的結(jié)合體［７＞。５Ｇ系統(tǒng)的設(shè)逡逑計(jì)方法不再是面向單一準(zhǔn)則的系統(tǒng)，而是朝著多準(zhǔn)則系統(tǒng)進(jìn)行演進(jìn)，結(jié)合多種技逡逑術(shù)場(chǎng)景并進(jìn)行針對(duì)性?xún)?yōu)化成為了邋５Ｇ的發(fā)展趨勢(shì)。如圖１－１所示，５Ｇ的主要核心逡逑點(diǎn)可以歸納為：逡逑＾５邐回傳鏈路逡逑ａ？邋１邐Ｈ邋｜能量效率逡逑，，：新頻譜逡逑小小區(qū)４：：＝＝＝．頻譜共享逡逑演進(jìn)無(wú)線、＇邋＇弋、：．無(wú)線接入逡逑接入技術(shù)邐＿ｊ網(wǎng)虛擬化逡逑圖１－］邋５Ｇ主要核心點(diǎn)ｍ逡逑５Ｇ不僅核心點(diǎn)眾多，這些核心點(diǎn)各自又涉及多種關(guān)鍵技術(shù)，因而５Ｇ相比逡逑于４Ｇ是一個(gè)更加龐大的系統(tǒng)。近年來(lái)，國(guó)際上早已陸續(xù)展開(kāi)了對(duì)５Ｇ的研究，逡逑如歐盟成立了邋ＭＥＴＩＳ（邋Ｍｏｂｉｌｅ邋ａｎｄ邋ｗｉｒｅｌｅｓｓ邋ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ邋Ｅｎａｂｌｅｒｓ邋ｆｏｒ邋ｔｈｅ邋Ｔｗｅｎｔｙ－逡逑ｔｗｅｎｔｙ邋Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ邋Ｓｏｃｉｅｔｙ）和邋５Ｇ邋ＰＰＰ（５Ｇ邋Ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋Ｐｕｂｌｉｃ邋Ｐｒｉｖａｔｅ邋Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ）逡逑等項(xiàng)目，阿爾卡特朗訊、愛(ài)立信和諾基亞也分別提出了各自的５Ｇ愿景；韓國(guó)則逡逑主要通過(guò)韓國(guó)電子通信研宄所以及當(dāng)?shù)氐囊苿?dòng)通信制造商（三星、ＬＧ等）來(lái)推逡逑動(dòng)５Ｇ的發(fā)展；與韓國(guó)類(lèi)似，日本同樣是通過(guò)學(xué)界與企業(yè)相結(jié)合的方式來(lái)進(jìn)行研逡逑宄，其中的主要推動(dòng)力是ＮＴＴ邋ＤｏＣｏＭｏ公司；在中國(guó)方面，我國(guó)專(zhuān)門(mén)成立了邋ＩＭＴ－逡逑２０２０邋（５Ｇ）推進(jìn)組和ＦｕＴＵＲＥ論壇等來(lái)對(duì)５Ｇ進(jìn)行研宄，國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商與企業(yè)（如逡逑華為、中興、大唐等）也相繼展開(kāi)了研宄合作。目前

可用的無(wú)線資源是無(wú)線資源管理實(shí)施的基礎(chǔ)［１５］。盡管上述不同的目標(biāo)、技逡逑術(shù)等組合起來(lái)多種多樣，但無(wú)線資源管理最終的表現(xiàn)形式并非千變?nèi)f化，可以根逡逑據(jù)其功能作用進(jìn)行歸納。目前，無(wú)線資源管理從功能角度來(lái)看可分為如圖１－３所逡逑示的各模塊［１６］：逡逑無(wú)線資源管理逡逑，邋＾邋＾逡逑Ｉ邐Ｉ邐！邐ｉ邐：逡逑ｉ無(wú)線承載控制邋無(wú)線接入控制邐用戶(hù)調(diào)度：鏈路自適應(yīng)邐功率分配逡逑切換邐干擾管理邐負(fù)載均衡邐邐逡逑－邐邐邐邐邐？．．．：邋邐邐邐邐邋邐邐邐邐逡逑圖１－３無(wú)線資源管理的功能劃分逡逑在這些模塊中，用戶(hù)調(diào)度模塊是無(wú)線資源管理的核心模塊，它與用戶(hù)是否被逡逑服務(wù)以及如何服務(wù)等直接相關(guān)，是無(wú)線資源為用戶(hù)服務(wù)的最直接體現(xiàn)。而鏈路自逡逑適應(yīng)、功率分配、干擾管理、負(fù)載均衡等模塊則為更好地服務(wù)用戶(hù)提供支撐。用逡逑戶(hù)調(diào)度模塊可再細(xì)分為上行用戶(hù)調(diào)度與下行用戶(hù)調(diào)度，分別完成上行與下行共享逡逑信道的資源分配［１５］。在調(diào)度模塊中，基礎(chǔ)的調(diào)度算法有三種，分別是輪詢(xún)算法、逡逑最大速率算法和比例公平算法，這三種算法分別側(cè)重于公平性、速率及二者的權(quán)逡逑衡。應(yīng)當(dāng)注意到這三種算法僅描述了同一資源塊上單一用戶(hù)的調(diào)度方法，當(dāng)同一逡逑資源塊上服務(wù)多個(gè)用戶(hù)時(shí)（如ＭＩＭＯ系統(tǒng)）
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TN929.5

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本文編號(hào)：2596508