下一代无线网络干扰协调及资源分配研究

论文摘要

下一代无线通信系统将采用正交频分多址接入（Orthogonal Frequency Division Multiple Access, OFDMA）技术,OFDMA系统能够在小区内保证交性,避免了小区内干扰。因此,小区间干扰（Inter-Cell Interference, ICI）就成为了最主要干扰。针对小区间干扰问题提出了许多解决方案,包括小区干扰消除、小区干扰随机化、小区干扰协调等。其中干扰协调技术是目前研究的一项热门技术,可以应用于各种带宽的业务,对于干扰抑制有很好的效果。本文主要针对ICI问题,研究干扰协调技术,以及基于干扰协调技术的高效资源分配策略。对经典干扰协调方案——软频率复用方案（SoftFrequency Reuse, SFR）进行优化,提出基于干扰协调的动态资源分配策略,并基于系统级仿真平台,对各种方案的性能做出评估,主要完成以下工作：第一,建立了下一代蜂窝网络下行链路系统级仿真平台,包括19个小区,57个扇区。在此基础上,基于OFDMA时分双工（Time Division Duplex, TDD）帧结构,研究SFR方案,系统级仿真结果验证了相对于传统频率复用方案,SFR在性能上有所提升。第二,在SFR方案的基础上,优化了系统频谱与功率资源分配、资源组织结构和用户复用集划分准则。从公平性角度出发,确定了主子载波发射功率放大系数a的取值规则；根据OFDMA-TDD下行帧结构,确定了适用于OFDMA网络干扰协调技术的资源组织模式,把下行子帧在OFDMA符号上划分成两个域Inner Zone和Edge Zone,分别在两个域上为小区中心用户和边缘用户提供时隙资源接入；针对传统SFR方案中用户划分策略的不足,提出基于距离和信干噪比（Signal to Interference plus Noise Ratio,SINR）联合的用户划分策略。把三个方向的优化与改进联合起来提出的SFR优化方案,通过仿真分析与经典SFR方案对比,验证了优化方案在小区覆盖率、SINR分布、调制编码方案比例和吞吐量性能等指标上都有所提升。第三,研究基于SFR优化方案的用户级动态资源分配策略。SFR方案在系统级分配了资源,而用户级资源分配策略也非常必要。在SFR优化方案的基础上,对比例公平调度（Proportional Fairness, PF）建立了适用于OFDMA网络干扰协调技术的模型与仿真实现方法。在PF调度算法的基础上,提出了改进的基于SFR优化方案的用户级动态资源分配策略,使系统能够更为灵活地为用户分配子载波,增大多用户分集增益,从而更好地发挥OFDMA系统的抗多径优势,带来吞吐量提升。通过系统级仿真证明,改进的动态资源分配算法能够在SFR优化方案的基础上,继续优化系统的边缘吞吐量和扇区吞吐量性能。从仿真结果还可以看出,把提出的SFR优化方案和改进的动态资源分配策略结合起来,其吞吐量性能远远高于经典的干扰协调方案,甚至已经比较接近于1×3×1频率复用方案的吞吐量性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究课题的背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 OFDMA无线蜂窝网络干扰协调技术研究现状
• 1.2.2 基于干扰抑制技术的资源分配策略研究现状
• 1.3 论文主要工作和内容安排
• 第2章 下一代网络中的OFDMA技术
• 2.1 概述
• 2.2 OFDMA关键技术
• 2.2.1 子信道化
• 2.2.2 OFDMA帧结构
• 2.3 OFDMA系统资源结构
• 2.3.1 帧结构中的OFDMA符号
• 2.3.2 帧结构中的子载波排列方式和子信道
• 2.3.3 帧结构中的时隙
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于OFDMA技术的下一代网络系统级仿真建模
• 3.1 概述
• 3.2 系统模型
• 3.3 站点模型
• 3.3.1 基站模型
• 3.3.2 移动台模型
• 3.4 无线传播模型
• 3.4.1 路径损耗模型
• 3.4.2 噪声模型
• 3.4.3 阴影衰落模型
• 3.4.4 多径衰落模型
• 3.5 业务模型
• 3.6 性能评估矩阵
• 3.6.1 吞吐量
• 3.6.2 SINR累积分布函数
• 3.6.3 小区覆盖率
• 3.6.4 调制编码方案比例
• 3.7 本章小结
• 第4章 干扰协调方案及其性能优化
• 4.1 概述
• 4.2 SFR方案仿真分析
• 4.2.1 SFR方案基本原理
• 4.2.2 SFR方案性能仿真评估
• 4.3 干扰协调优化方案
• 4.3.1 频谱与功率资源分配
• 4.3.2 资源组织结构
• 4.3.3 用户复用集划分准则
• 4.4 干扰协调优化方案性能评估
• 4.4.1 小区覆盖率
• 4.4.2 小区SINR分布
• 4.4.3 调制编码方案比例
• 4.4.4 吞吐量
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于干扰协调的动态资源分配策略
• 5.1 概述
• 5.2 基于干扰协调的比例公平调度
• 5.2.1 基于SFR的比例公平调度原理
• 5.2.2 基于SFR的比例公平调度系统模型
• 5.2.3 基于SFR的比例公平调度实现
• 5.3 基于干扰协调的动态资源分配
• 5.3.1 基于SFR的动态资源分配原理
• 5.3.2 基于SFR的动态资源分配建模与算法描述
• 5.3.3 基于SFR的动态资源分配算法实现
• 5.4 基于SFR的动态资源分配性能评估
• 5.5 本章小结
• 结语
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文及科研成果