基于能效的异构多小区网络接入控制和资源分配技术-研究

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1、摘要摘要随着世界经济的不断发展和通信技术应用的不断普及，国内外移动用户和移动宽带用户数都在飞速增长，现有的网络已无法充分满足用户日益增长的需求。由于当前通信物理层技术已无限接近香农理论的极限值，这使得未来通信网络性[1]能的飞跃主要会来自网络拓扑技术的变革。作为3GPPLTE-A的主要特征，异构网络（HeterogeneousNetwork，HetNet）因其优越性而被广泛关注。这类技术通过在现有的宏蜂窝网络中插入更小的、可自我配置的小基站或者中继节点，提供了实用的、扩展性强的，且效益高的方式来显著地提高现有无线网络的容量

2、。异构网的存在使得无线环境也变得越来越复杂，给其无线资源管理带来很大的难度。同时，大量基站和节点的存在也带来了大量的能耗。为此国家863计划重大项目课题“绿色网络关键技术研究”对此展开了研究。本论文课题来源于其子课题“高能效的无线资源管理协议和算法设计”，算法适用于异构多小区蜂窝网络场景。本文研究的绿色网络概念是指通过合理地分配无线网络资源，降低系统的能耗，提升效用/能耗值。本文首先对现有异构网络技术展开了相关了解和研究，分析了当前的研究现状和主要技术特点，而后参考相关文献选择了合理的异构蜂窝网场景模型，并根据研究需求建立

3、了合理的系统能效模型。通过对系统能效模型的分析和推导，本文给出了系统能效优化算法的研究思路。基于分析思路，论文对系统能效优化算法进行了详细的设计，具体包括了用户接入控制优化算法和各小区资源分配算法（包括小区内下行子载波和功率的分配）。接入控制算法部分以用户分类为基础，本文首先给出了一个用户分类方案，并分析了各类用户的特点，在此基础上提出了一种基于用户分类的启发式层次性接入控制算法。在资源分配算法部分，为了保证系统能效的优化，文中采用了势博弈理论，通过优化系统势函数来优化系统能效。其中，通过对势函数的推导，文中定义了各小区和

4、各用户的收益函数。文中还给出了不同用户单子载波上的最佳下行功率的求解公式。针对子载波分配这个难题，本文分别采用了贪婪算法和赋权偶图匹配算法两种不同复杂度的算法来实现。论文的最后对本文设计的优化算法进行了仿真，进一步分析和论证了他的性能和特点。关键词：异构网络，无线资源管理，接入控制，资源分配，能效IABSTRACTABSTRACTWiththecontinuousdevelopmentofworldeconomyandwidespreadapplicationofcommunicationtechnology,thenum

5、berofmobileusersandmobilebroadbandusersaregrowingrapidly,theexistingnetworkhasbeenunabletofullymeettheneedsofusers,andthetheoryofthephysicallayertechnologyhaveinfiniteclosetothelimitsofShannontheory,thefuturecommunicationnetworkperformancemainwillleapfromthenetwor

6、ktopologytechnology.Asoneofthemainfeaturesofthe3GPPLTE-A,HetNet(HeterogeneousNetwork)hasbeenwidelyconcerned.HetNetbyinsertingsmall,self-configurablesmallbasestationorrelayintotheexistingmacrocellularnetworks,providesapractical,scalable,highefficiencywaytosignifica

7、ntlyimprovethecapacityofthewirelessnetwork.Thepresenceofheterogeneousnetworkletswirelessenvironmentbecomemoreandmorecomplicated,whichmakesitswirelessresourcemanagementdifficult.Theexistenceofalargenumberofbasestationandnodealsobringsalotofenergyconsumption.Nationa

8、l863planof"greennetworkkeytechnologyresearch"setouttolearntheissue.Thisprojecttopicisderivedfromitssubject"efficientradioresourcemanagementprotocolsanda