下一代移动通信体系之跨层资源配置分析.doc

《下一代移动通信体系之跨层资源配置分析.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《下一代移动通信体系之跨层资源配置分析.doc（3页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、下一代移动通信体系之跨层资源配置分析 第一章绪论从信息论的角度讲，通信是指信息的传递和交换。如打电话，它是利用电话线路来传递和交换消息：人和人之问的谈话，是利用声音来传递和交换消息;古时候用的 “消息树”、“烽火台”和现代仍使用的“信号灯”等则是利用光的方式传递消息。通信的目的是传递信息，信息具有不同的形式，例如：语言、文字、数据、图像、符号等等。随着社会的发展，信息的种类越来越多，人们对传递信息的要求和手段也越来越高。在通信的实现过程中，信息的传递是通过信号来进行的，如：红绿灯信号、狼烟、电压、电流信号等，信号是信息传递

2、的载体。通信技术的发展历史，伴随着信息传递载体的不断变革，自从马可尼第一次向世人展示了无线电波通信的神奇，移动通信技术开始了不断创新的发展历程。一直到70年代贝尔实验室首次提出了先进移动电话系统(AMPS),建成了蜂窝移动通信网，大大提高了系统容量，移动通信技术的发展走进了日新月异的时代1。移动通信技术的迅速发展有两个原因：一是蜂窝网概念的提出，真正解决了公用移动通信系统要求容量大与无线频谱资源有限之间的矛质，使得移动通信系统真正意义上实用化、公众化;二是大规模集成电路技术的发展和微处理器技术的日趋成熟，为大型通信网的控制和管理提供了技术手段，也为移动通信系统从模拟蜂窝网发展到数字蜂窝网提供了

3、技术基础。本章接下来的内容主要从下一代移动通信系统的无线资源管理要求出发，引出了下一代移动通信系统中跨层资源分配的概念;介绍了本论文的主要内容及贡献;并对全文的组织结构进行了概述。1.1课题研究背景移动通信技术的迅猛发展和移动通信用户需求的不断发展，使得越来越多的移动系统解决方案不断涌现。同时人们对移动通信服务的不断依赖，也加剧了各个移动运营商，设备商之间的竞争。为了满足不断渴望得到新型业务的用户需求，3GPP在2004年年底启动了长期演进(LTE)技术的标准化工作，从网络构架、系统性能要求、业务支持能力.网络的部署场景、与现有各个系统的演进和互通关系等方面对LTE技术做了详细的描述2。与之前

4、移动通信系统相比，LTE具有如下技术特点：支持最大带宽为20MHz，采用了 OFDM技术，全面提高传输速率和频谱利用率;系统的整体架构基于分组交换实现，同时通过系统设计和严格的QoS机制，保证实时业务的服务质量系统支持多种带宽，除了 20MHz的最大带宽外，还能够支持1.5MHz、3MHz. 5MHz. lOMHz和15MHz等系统带宽，以及“成对”与“非成对”的频谱部署，保证网络部署时的灵活性5。LTE相关技术标准化接近于完成之时，3GPP开始了 LTE-Advanced项目，主要有以下几个特点：扁平化的网络体系设计，针对室内和热点游牧场景进行

5、优化，有效支持新频段和大带宽应用，大幅提升峰值速率，改进频谱效率，支持网络的自优化和自配置，有效降低网络的成本和功耗_。从3G到LTE涌现出了大量的新技术，蜂窝小区的链路容量己经逼近丫香农限，从雄纯的链路预算的角度來看，LTE-Advanced目标中所要求的高速数据速率需要很高的信道SINR，而这个SINR在传统的广域蜂窝网络中是+可能达到的，因此LTE-Advanced主要强调了从LTE的平滑演进，不再进行大规模的技术革新，而是在LTE已有技术的基础上，对无线资源进行更加高效、动态的管理和网络层的优化。LTE-Advanced中的主要技术包括多频段协同与频谱整合、中继技术、分布式天线和小区间

6、协作技术8，本论文主要讨论基于小区间协作技术的跨层资源分配问题。LTE系统支持相邻eNode B之间的Mesh连接，但用于连接的X2接口的能2力比较弱，它的传输延迟大于20ms,因此很难实现真正意义上的基站间协调6。LTE- Advanced中使用光纤对X2接口进行升级后，就可以利用这个增强的高速X2接口进行快速的基站间的合作与协调，从而获得协同发送/接收增益9。如见采用RoF光纤，X2接口甚至可以从一个单纯的控制面接口扩展为一个用户面/控制面综合接口，实现和分布式天线系统相似的数据联合发送和接收，LTE-Advanced下的基站间协同如图1-1所示。1.2下一代移动通信系统中的无线资源分配无

7、线通信系统都是资源相对受限的系统，例如频率，功率，吋隙等，面对多样化、复杂化的用户需求，高速多变的业务类型，以及整个系统对能耗的严格约束，移动通信系统发展过程中急需解决的问题是如何更充分合理地使用有限的无线资源，保证用户的数据速率、网络高负载时用户的服务质量以及系统的低能耗。下一代基于 OFDMA的移动通信系统中无线资源分配的概念十分广泛，它既可以是系统时频资源的调度，也可以是调制编码方式的选择，还可以是用户业务速率的选择或者小区中每个子频带上发射功率的分配。无线资源分配的核心就是在有限资源的条件下，为用户提供更好、多样化的服务质量，特别是在无线信道质量较差、小区间干扰变化剧烈的情况下，采用合

8、理的无线资源分配策略，快速、动态、稳定的调整无线传输参数和分配网络中的可用资源，最大限度地提高用户服务质量，同时减小使用复杂管理方式带来的负面效果，如信令负荷、功率消耗和通信负载等3。第二章跨层势博弈理论及模型孔子对他的弟子讲：工欲善其事，必先利其器，意思是说工匠想要把自己的工作做好，一定要先使工具锋利，喻指要做好一件事，准备工作非常重要。同样，对于下一代移动通信中的跨层资源分配，有针对性的理论框架设计，能够使得跨层资源分配模型的设计工作事半功倍。第一章中提到过，为了满足网络设计自优化的要求，下一代移动通信中的跨层资源分配，一方面需要降低跨层设计带来的额外计算和时间损耗，构建低复杂度的算法模型

9、;另一方面跨层优化器需要能够动态调整多个网络层的参数，这就需要优化算法能够快速的收敛到最优解。根据这两个要求，本论文设计了跨层势博弈理论模型，将一个跨层资源分配问题映射为一个势博弃过程，即可以保证算法寻优过程的快速收敛，还实现了分布式的问题求解，提高了算法的可扩展性。一般地，如果一个策略博弃服从一个势函数，我们就说它是一个势博弃。势函数可以理解为是参与者之间差异的衡量，或者说等价于向纳什均衡的偏移。势博弈有一些很好的属性，在某些条件下，所有的势博奔都存在纯策略的纳什均衡;在一些不是很苟刻的条件下，参与者的学习过程都收敛于一个纳什均衡。换句话说，从任意一个状态出发，按照一定准则，经过有限步骤，参与者最终都能够到达一个均衡状态23。