小基站異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的負載均衡與資源管理.pdf

1、近年來，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的爆發(fā)式進步使社會生活的內(nèi)容變得豐富多彩，而微電子技術(shù)，尤其是超大規(guī)模集成電路技術(shù)的突飛猛進使得手持終端的功能日益強大，開始逐漸承擔各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用以滿足人們隨時的數(shù)據(jù)服務(wù)需求，包括娛樂、辦公、通信等。由此，以移動終端為承載的移動互聯(lián)網(wǎng)熱潮正在興起。由于數(shù)據(jù)服務(wù)從傳統(tǒng)的以文本和語音為主的簡單內(nèi)容轉(zhuǎn)變?yōu)榧曨l、語音、文本等內(nèi)容的綜合服務(wù)，原來的蜂窩網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不堪重負。為了應(yīng)對高速增長的數(shù)據(jù)流量負載，如何利用有限的無線頻譜資源實

2、現(xiàn)高質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)成為近年來業(yè)界研究的熱點。小基站異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被廣泛認可為極具潛力的解決方案，被譽為未來5G通信中的一項關(guān)鍵技術(shù)。
　　最近的一些研究表明，如今大量的網(wǎng)絡(luò)負載產(chǎn)生于室內(nèi)環(huán)境。因此，3GPP提議在原先的由宏基站構(gòu)成的傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中部署小基站網(wǎng)絡(luò)。一方面，小基站縮短了終端與基站之間的傳輸距離，改善了服務(wù)質(zhì)量。另一方面，由于在小基站異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，頻率資源被重復(fù)利用，有利于提高頻譜效率。并且，小基站的大量部署可以有效地改

3、善網(wǎng)絡(luò)的覆蓋效果，增強蜂窩邊緣用戶的服務(wù)質(zhì)量。然而，大規(guī)模的小基站的部署也產(chǎn)生了許多新的需要認真解決的問題。
　　本文首先研究了回程鏈路受限的小基站異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下的負載均衡方案設(shè)計。雖然在小基站異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，原來由宏基站服務(wù)的很多用戶會被卸載到鄰近的小基站中去，最終為宏基站分擔負載。但是，小基站所能為宏基站分擔負載的總量不是沒有限制的。由于小基站在部署時將被分配一條固定的回程鏈路資源。因此，小基站的回程鏈路容量將成為小基站負載的上限。并

4、且由于用戶的分布隨用戶移動而隨機變化，動態(tài)地實現(xiàn)小基站異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的負載均衡成為一個熱點問題。本文首先研究了在小基站端，通過動態(tài)設(shè)定小基站的參考信號接收功率偏置值來實現(xiàn)負載均衡的方法。我們考慮了小基站受限的回程鏈路資源的利用率，希望避免資源的浪費或者回程鏈路的擁塞。同時，小基站周圍的用戶的阻塞率也會對小基站參考信號接收功率偏置值的選取產(chǎn)生影響。通過選擇合適的參考信號接收功率偏置值，我們的算法能夠有效地利用小基站的資源為宏基站分擔負載，并且能

5、夠在小基站回程鏈路資源利用率與小基站周圍用戶的阻塞率之間實現(xiàn)很好的折中。
　　其次，本文研究了小基站異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下的干擾控制方案設(shè)計。由于在小基站異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，頻率資源將在各基站間多次復(fù)用，這將導致十分復(fù)雜且嚴重的信號干擾。在正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中，頻率資源從時間和頻率兩個維度上被分割為一個個資源塊，小基站再將資源塊分配給用戶使用。因此，通過合理的資源分配，可以減少或規(guī)避干擾，優(yōu)化傳輸信號質(zhì)量。在本文中，我們首次提出了“先分配再分割”的資源

6、塊分配方法來實現(xiàn)小基站異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的干擾控制。小基站在首次分配資源塊時完全不考慮干擾，然后我們利用博弈論中的納什討價還價模型設(shè)計了分布式的算法對干擾嚴重的資源塊重新分割。我們的研究首次嘗試由用戶提出資源分割的方案，通過仿真證實將有效提高用戶的服務(wù)質(zhì)量以及資源利用率。
　　最后，本文研究了在LTE-U（Long Term Evolution in Unlicensed Bands）系統(tǒng)中的資源分配的問題。最近，LTE-U作為未來5G通

7、信中的一項十分有潛力的技術(shù)成為研究熱點。在LTE-U系統(tǒng)中的小基站一方面像之前一樣復(fù)用許可頻段進行數(shù)據(jù)傳輸，另一方面，它將競爭WiFi系統(tǒng)的免許可頻段給自己的用戶使用。因此，在優(yōu)化資源分配的時候必須聯(lián)合考慮許可頻段與免許可頻段的資源分配。在許可頻段上，由于頻率的復(fù)用，我們的研究中考慮設(shè)定了干擾的最大門限。在免許可頻段上，由于小基站的競爭，WiFi系統(tǒng)中的用戶將經(jīng)受更多的信道競爭碰撞，因此在我們的研究中對于小基站占用WiFi的免許可頻段比