移动场景下以用户为中心的分层异构通信网络的干扰协调策略研究

With the rapid development of traffic and wireless communication technology, the nodes mobility and heterogeneity of the future wireless communication are more obvious than ever before. The complex communication environment plays an important role in the system performance evaluation because of the nodes mobility and the non-uniformly distributed co-channel users in the heterogeneous networks (HetNets). In this research, the user-centric HetNets under mobile scenarios are chosen as the object. The system model for the complex interference environment, the interference coordination schemes based on the power control and the cooperation are analyzed. It includes, (1) the system model of the user-centric HetNets under mobile scenario is built in terms of the network model, the channel model （bounded/unbounded pathloss model, Rician/Rayleigh fading）and the mobility model, which are related to the node density, because of the relationship among the nodes distribution, the channel feature and the nodes mobility. (2) the dynamic power control scheme maximizing the energy efficiency is proposed for the downlink based on the previous system model. (3) the impacts of different cooperation schemes on the link performance are studied, moreover, the gain aroused by the mobile relay is expressed. This research is expected to improve the spectral efficiency and energy efficiency by the interference coordination schemes. The derived results can not only enrich the theoretical results of the HetNet under mobile scenario, but also can provide insights into the design of coordination schemes in practical HetNet.

随着无线通信技术和交通的飞速发展，未来移动通信系统的异构性和移动性将愈加明显。动态用户的参与和异构系统中非均匀共道用户的引入，使复杂的干扰环境成为影响网络性能的关键因素。因此，本课题以移动场景下的异构通信网络为研究对象，探索复杂干扰场景下系统模型的分析与建立以及基于功率控制、协作通信的干扰协调方案的设计。主要包括：(1) 从节点分布与信道特征、节点移动之间的关系入手，分别建立与节点密度相关的网络模型、信道模型（有界路径损耗模型、有/无直射径的小尺度衰落）来刻画信息传输环境；(2) 基于此模型针对下行链路，分析并设计出移动场景下能效最优的动态功率控制方案；(3) 比较分析移动场景下不同协作策略对链路性能的影响，分析其适用场景，并研究移动中继对系统带来的增益。本课题预期达到通过干扰协调方案的设计提高系统的频谱效率和能效的目标。这些研究不仅丰富了移动场景下异构通信网络的理论结果，而且为实际干扰协调策略的设计和实现提供了研究思路和理论依据。

随着通信技术和公共交通的飞速发展，用户的移动性特点愈加明显，对通信质量和多样性的通信活动需求急剧增加。通过增加BS（或RAP）的数量，即将小小区（small cell）嵌入到传统小区的框架内，从而实现未来无线通信网络高密度连接数、高传输速率、高能效目标。本课题把以用户为中心的异构通信网络作为研究对象。首先，得到了standard路径损耗模型、bounded路径损耗模型与dual-slope路径损耗模型在动态通信网络场景下的下行链路成功传输概率的精确解析表达式和近似表达式，实验结果表明：1）近似表达式可以较好地拟合精确值；2）为dual-slope路径损耗模型应用于实际通信场景分析的重要性和合理性提供了理论依据；3）在用户需求给定的前提下，分析了成功传输概率随着RAP密度变化的情况，结果表明仅仅依靠增加RAP的数量并不能无限地提高链路的成功传输概率，突出了需要与其他干扰协调策略相结合的重要性。随后，通过移动中继优化策略，分析了以用户为中心的移动通信网络的中断概率、吞吐量，并得到了使得链路端到端中断概率最小、网络吞吐量最大的最优移动中继数量；在此基础上，根据用户移动统计特性与节点密度之间的关系，得到了提升网络吞吐量的最优移动策略。通过引入RAP动态工作模式策略，降低休眠状态下RAP的功率消耗，分析了RAP密度对系统能量效率和频谱效率的影响，这一分析结果一方面为绿色、高效通信网络的设计和实现提供了理论依据，另一方面，分析了频谱效率和能量效率之间的折中关系。通过下行链路的功率控制策略分析，得到了功率控制与RAP密度之间的互补关系，即在用户需求给定的前提下，当RAP密度较小时，增大功率是提升能量效率的有效手段，当RAP密度较大时，能量效率是功率的减函数。这些理论和实验结果可以为移动场景下异构通信网络的干扰协调策略的设计和实现提供思路和理论依据。