基于非正交多址接入的异构网络干扰抑制与业务迁移研究

In heterogeneous networks (HetNets), the interference mitigation and traffic offloading are two key technologies, which bring in great significance to guarantee the high efficiency of wireless communication networks. Under the trend of dense deployment in HetNets, severe interference problem and overloaded traffic problem can be envisioned. Focusing on these problems, this project will provide theoretical researches on key mechanisms with power domain Non-Orthogonal Multiplexing Access (NOMA) enhancement in interference mitigation and traffic offloading. In this project, 1) NOMA will be applied to improve the performance of interference mitigation. Based on locally cooperative game and intelligent decision making in online learning, distributed sub-channel access algorithms will be designed to overcome the interference deterioration problem. 2) NOMA will be introduced to improve the efficiency of traffic offloading. Based on contract theory framework, efficient incentive mechanisms will be provided to break through the restrictions of incomplete information. 3) NOMA will be integrated to guarantee the fairness of traffic offloading. Based on bargaining game model, traffic offloading algorithms will be optimized to balance the efficiency and the fairness of offloading. This project will provide new design guideline to improve the performance of interference mitigation and traffic offloading, and promote the applications of NOMA in future HetNets.

干扰抑制与业务迁移是异构网络中的关键技术，对保障无线通信网络的高效运作具有重要意义。针对未来异构网络密集化部署的趋势，以及伴随而来的干扰环境恶化与负载急剧增加问题，本项目拟结合功率域非正交多址接入技术，研究干扰抑制和业务迁移的相关理论基础与关键机制。研究内容包括：1）引入非正交多址接入增强干扰抑制的效果，并基于局部合作博弈结合在线学习中的智能决策思想设计分布式子信道接入算法，应对节点密集部署造成的严重干扰问题；2）借助非正交多址接入提升业务迁移的效率，并基于契约理论框架设计迁移激励机制，突破部分信息条件对业务迁移效率带来的制约；3）结合非正交多址接入提升业务迁移的公平性，并基于议价博弈模型优化迁移算法，实现系统迁移效率和公平性的综合提升。本项目的实施为异构网络的干扰抑制和业务迁移研究开辟了新的思路，研究成果对推进非正交多址接入技术在未来异构网络中的应用与发展具有重要作用。

在通信网络业务量急剧增长的趋势下，密集异构网络中的业务均衡和干扰抑制对保障系统高效运行具有重要意义。此外，无人机通信和非正交传输技术在提升空间频谱利用率方面具有巨大潜力，被认为是下一代网络的重要关键技术。围绕密集异构网络中的热点区域组网、干扰环境恶化以及频繁切换问题，本课题完成了如下3个方面内容的研究。.（1）研究了多无人机基站辅助热点区域异构组网架构下的业务迁移问题。该部分研究借助大规模随机网络模型，在更加符合无人机基站几率视距传输的信号传播模型条件下，基于随机几何理论分析热点区域用户接入地面基站和空中基站的统计特性，进而分析热点区域双层网络系统的中断概率和空间频谱利用率等大规模网络极限性能。研究结果表明，基于多无人机载基站的超密集组网方案可以有效利用空——地链路的几率视距传输特性提升接收信号的质量，降低干扰，在节点数量较少的条件下可以带来比地面基站更可观的性能提升，空间频谱利用率提升高达25%。.（2）研究了密集异构网络中基于非正交多址技术的干扰抑制问题。该部分研究借助有向干扰图刻画通信节点之间的干扰关系，提出通过改变效用函数结构的方式引入通信节点之间的局部协作关系，进而高效利用非正交多址技术提供的功率域维度增强干扰抑制。研究结果表明，与传统的正交多址相比，非正交多址技术可以有效提升干扰抑制的效果，缓解超密集组网带来的干扰环境恶化问题，其效果在节点密度提升时将更加明显，平均吞吐量提升高达40%。.（3）研究了基于非正交传输控制业务分离传输架构下的频繁切换问题。该部分研究提出了采用非正交传输技术复用传输控制信令和业务数据的架构，借助双层泊松点过程构建大规模异构网络模型，并基于随机几何理论分析考虑切换效应后的系统中断速率性能。研究结果表明，基于非正交传输技术的分离架构由于能够承载更多的控制信令，能够带来接近10%的中断速率性能提升，并且能够保证在密集组网条件下的分离传输架构仍然具有适用性。