基于聯盟博弈的異構蜂窩網絡干擾管理研究.pdf

1、隨著智能終端和移動寬帶數據業(yè)務的增多，人類對通信服務的高數據速率、全覆蓋、低時延和低能耗提出了迫切要求。由于傳統(tǒng)宏蜂窩網絡在建網、覆蓋和容量提升等方面遇到了瓶頸，學術界和工業(yè)界一致提出必須研究和設計更加高效的網絡部署策略和通信技術方案以滿足人類通信需求。異構蜂窩網絡以其高系統(tǒng)容量、深度覆蓋、部署靈活和安裝維護成本較低的優(yōu)勢在諸多通信解決方案中脫穎而出。異構蜂窩網絡是指在當前宏蜂窩網絡中增加部署一層或多層低發(fā)射功率小型站點的無線蜂窩網絡，

2、該網絡能夠通過各類型站點有機整合為移動用戶提供高質量的通信服務，已成為當前乃至未來無線蜂窩網絡的研究重點和熱點。然而，異構蜂窩網絡在給當前宏蜂窩網絡注入強大生命力的同時亦存在干擾管理上的技術難點和挑戰(zhàn)。小型站點的隨機部署和自行安裝以及通信熱點地區(qū)對超密集組網的需求和運營商對可用頻段全部復用的不斷追求，使得異構蜂窩網絡中的干擾呈現隨機化、復雜化和嚴重程度較高的特性，適用于宏蜂窩的傳統(tǒng)網優(yōu)網規(guī)方法和干擾管理技術不再完全適用于異構蜂窩網絡，必

3、須研究和設計新的更加有效的干擾管理方案對異構蜂窩網絡中的干擾予以管理和控制。
　　本論文以概率論、隨機過程和聯盟博弈理論等數學工具與優(yōu)化方法為理論依據，圍繞異構蜂窩網絡的干擾管理方案和方法展開研究，深入分析了異構蜂窩網的網絡結構特點和節(jié)點行為特點，從聯盟合作的角度入手，以提高整個通信系統(tǒng)的性能為出發(fā)點，提出了適用于異構蜂窩網絡同層干擾和跨層干擾的干擾管理方案，為異構蜂窩網絡的系統(tǒng)優(yōu)化和性能優(yōu)化提供了理論依據和實踐指導。本文主要工作

4、如下:
　　1)博弈論是研究獨立的理性局中人之間復雜交互行為的理論工具。本論文分析討論了非合作博弈與合作博弈的區(qū)別，深入挖掘了異構蜂窩網絡中用戶對無線資源占用的競爭行為與合作行為，確立了運用聯盟博弈理論在研究和設計異構蜂窩網絡干擾管理和資源分配方案中的重要性和必然性，在此基礎上，歸納總結了聯盟博弈理論的基本概念和解的特性。
　　2)針對樓宇環(huán)境中Femtocell接入點(Femtocell Access Point，FAP)

5、密集部署導致的同層干擾問題，提出了適用于Femtocell網絡上行通信系統(tǒng)的基于FAP聯盟合作的同層干擾管理方案，以聯盟的和速率容量為目標，運用聯盟博弈理論進行建模，從理論上求解推導出了該方案的最優(yōu)聯盟結構，并證明了最優(yōu)聯盟結構的穩(wěn)定性。分析比較了三種聯盟和速率容量的速率分配策略，并通過仿真驗證了分配策略對聯盟結構穩(wěn)定性的影響。
　　3)針對Femtocell的干擾隨機特性，提出了適用于Femtocell網絡上行通信系統(tǒng)的基于Fe

6、mtocell用戶設備(Femtocell User Equipment，FUE)共享傳輸時間的聯盟合作干擾管理方案，證明了在考慮形成聯盟所需的功率開銷的前提下，基于FUE的聯盟合作過程是一個基于分割函數的聯盟博弈。為求解該方案的最優(yōu)聯盟結構，提出了基于接收信號強度指示(Received Signal Strength Indication，RSSI)的聯盟形成算法，并證明了該算法的收斂性和算法所得解的穩(wěn)定性。
　　4)在綜合考慮