超密集网络联合接入-回传链路塑形技术研究

The explosion of global wireless traffic and the development of 5G promote the flexible polymorphic evolution trend of access link in ultra-dense networks (UDN). As the expansion of usable communication spectrum, the frequencies within 100 GHz are available to the access link. Communication nodes own Multi-connectivity ability thanks to the increase of processing capacity. Multiple access methods including the non-orthogonal multiple access (NOMA) are compatible in the access link. However, new challenges exist for the access link in the research fields of cell discovery, link selection and link management. The discontinuous coverage property of high frequency leads to high energy consumption and large cell discovery latency. The traffic diversity leads to mismatched link selection. NOMA introduces self-interference and increases the complexity of link management. Besides, backhaul link has a tighter constraint on the access link and even becomes the bottleneck of system performance promotion. To maintain the technique advantages of UDN, the research on joint access-backhaul link shaping technology in UDN is conducted to deal with these challenges and provide the theoretical and technique guidance for the realization of 5G and beyond.

全球移动业务的爆炸性增长和5G的积极推进导致超密集网络接入链路呈现灵活多态演进趋势。随着可用通信频谱扩展，接入链路支持100GHz以内的频点。节点处理能力增强使得接入链路具备多连接能力。接入链路支持包括非正交多址接入在内的多种接入方式。然而，接入链路在小区发现、链路选择及链路管理方面面临新的挑战。高频覆盖的非连续性导致小区发现迟滞和高能耗。承载业务多样性导致多连接接入链路选择的多维性能非匹配。非正交多址接入技术引入的自干扰增加了链路管理的复杂性。此外，回传链路对接入链路的约束增强，并成为系统性能提升的瓶颈。为保持超密集网络在演进过程中的技术优势，开展超密集网络联合接入-回传链路塑形技术研究，解除回传链路对接入链路的瓶颈约束，克服小区发现、多连接链路选择和联合链路管理面临的挑战，为5G的实现及后续网络演进提供基础理论指导和技术支持。

超密集网络是提升移动通信系统性能的重要技术之一。随着5G商用部署加速和6G研究启动，超密集网络也逐步演进至海、空、天等场景。项目针对超密集网络在新演进趋势下面临的连续覆盖、多样业务承载、复杂接入-回传链路管理等挑战开展研究。第一，在接入链路研究方面，针对基于稀疏码分多址（Sparse Code Multiple Access，SCMA）上行免受权接入系统，提出了一种重传资源调度方案，以避免重传资源的碰撞，提升传输的可靠性；针对下行SCMA系统，提出了一种满足用户基本数据速率的公平资源调度方案；针对无小区大规模MIMO场景，获取了基于功率域非正交多址接入（Non-orthogonal Multiple Access, NOMA）非完美信道状态信息下的上行传输速率表达式的闭式解；针对工业物联网场景，提出了一种高效的移动增强宽带(enhance Mobile Broadband, eMBB)与超可靠超低时延通信(ultra Reliable and Low Latency Communication, uRLLC)业务共存调度方案以保证控制信令开销最小的同时最大化eMBB业务的数据速率和uRLLC的可靠性；针对NOMA辅助的移动边缘计算，提出了一种适用于海量设备接入场景下的在线业务卸载方案；针对有限内存和带宽约束，设计了一种针对边缘计算的虚拟业务部署方案以最小化边缘计算时间开销。第二，在回传链路研究方面，提出了一种支持差异化服务的空中无人机网络多跳节能回传链路选择方案，以保证网络的生存时间和服务质量；在联合考虑节点位置和交互次数的前提下，提出了一种基于地理位置的安全回传链路选择方案，以应对黑洞攻击。第三，在接入-回传链路一致性研究方面，针对多无人机辅助救援场景，提出了一种联合接入-回传链路优化方案以最大化系统吞吐量；针对双层多连接毫米波网络，在考虑回传链路负载约束条件下，构建并求解了基于多领导者多跟随者的斯塔克伯格博弈，以保证用户的服务质量。上述研究成果为蜂窝网络演进中接入-回传链路一致性管理提供了理论依据和技术支撑。