异构混合网络中基于干扰抑制的动态频谱管理研究

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随着移动互联网时代的到来,用户对无线数据流量的需求日益快速增长,未来无线通信网络将面临频谱资源不足的问题,因而研发能够高效利用频谱的技术,才能缓解频谱资源紧张的局面。动态频谱管理可以实现多个无线系统对当前静态频谱使用规则下未被完全利用的频谱资源的共用。动态频谱管理依靠认知无线电技术对环境的主动学习,自适应调整参数和机会性使用时、空、频域上的频谱空洞,从而有效提高无线频谱的使用效率,消除频谱资源不足的瓶颈。另一项能有效提高频谱利用率的技术是宏小区/毫微微小区异构混合组网技术,毫微微小区通过拉近发射机和接收机间的距离提升了室内信号覆盖和系统容量。将毫微微小区与认知无线电技术优势联合,可以相互弥补对方技术的不足,更好地实现动态频谱管理。认知无线电技术可协助毫微微小区对周围环境的认知检测,解决混合网络中干扰受限及资源分配问题。同时,毫微微小区是认知无线电技术在现阶段政策下的合理应用场景,能协助其解决硬件支持、接入控制、成本控制等问题。因此,本论文研究宏小区/毫微微小区异构混合网络场景下的动态频谱管理,重点针对上述场景中基于干扰抑制的动态频谱资源管理展开研究,达到提升系统吞吐量、用户服务质量和频谱利用率等目标。本论文研究内容及创新点包括:针对宏小区/毫微微小区混合网络中的动态频谱管理问题,给出认知-毫微微小区的技术可行性分析。首先,分析认知无线电技术和毫微微小区各自技术优势与挑战,其次,明确认知-毫微微小区的定义及建议的网络,并论述其技术可行性及存在的关键性技术难题,最后提出本文研究重点和研究方法。针对动态频谱管理的混合网络干扰场景检测问题,提出了一种适用于认知-毫微微小区干扰建模的“认知干扰域”模型,并在此基础上提出了一种基于干扰抑制的功率控制方法。首先,为了抑制对授权宏用户的跨层网络干扰,认知-毫微微小区需对周围干扰环境进行主动检测,所提“认知干扰域”模型可用于判断周围信道的忙闲状态,为动态频谱管理的资源分配提供决策基础。继而在此基础上,论文提出了一种基于干扰抑制的功率控制方法,该方案拥有较低的计算复杂度。最后系统级仿真结果表明所提功率控制方案有效抑制了混合组网中的跨层网络干扰,提升了混合网络整体性能,能够对频谱的动态使用进行更有效管理。结合异构混合网络中基于用户差异性带宽需求和同层、跨层网络间干扰抑制,提出一种基于图着色理论的资源分配方案。首先,建立认知-毫微微小区周围环境的干扰拓扑图,明确其相邻同类小区和可用频谱集合,在满足跨层、同层网络间干扰抑制条件的同时,将用户差异性带宽需求设定为约束条件之一,目标追求频谱效用最大化。通过所提的用户差异性带宽图着色算法寻求最优解,再将颜色映射至可用频谱集合,最终实现了高效的动态频谱资源分配。此外,在建立颜色和频段的映射关系时引入可调节因子,从而在用户公平性和频谱利用率之间取得折中。系统级仿真结果表明所提方案在提升用户信干噪比、频谱利用率和系统整体性能方面具有更好表现。论文的结尾对全文进行了回顾总结,并对后续的研究方向进行了展望。
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