基于簇用户设备分类和频谱共享分配的D2D网络覆盖分析

D2D通信是5G/B5G网络的关键技术之一,同时小小区的中心化部署形成了以父点为中心的簇.因此,文章构建了一个基于泊松点和泊松簇过程的网络模型,提出了一种基于簇的用户设备(User Equipment,UE)分类方案,并设计了联合正交与共享的频谱资源分配方案.基于簇的UEs分类方案将UEs分为不同类型的簇中心和簇边缘UEs;联合频谱分配方案,将可获得的频带分为正交的两个子带,不同类型的UEs(BSs)共享子带.对此设计,建立了D2D接收机的干扰模型,给出了干扰分布,并分析了簇中心和簇边缘D2D接收机的覆盖概率.仿真和数值结果表明D2D网络覆盖概率随着微微BS(Pico BS,PBS)发射功率的减小而增加.同时,也给出了PBS覆盖半径和D2D发射机覆盖半径对D2D网络覆盖概率的影响.     

用户簇分布的异构网络建模与覆盖分析

针对第五代/后五代 (The Fifth generation/Beyond The Fifth Generation ,5G/B5G)移动网络以用户为中心的小基站密集部署问题,构建了一个用户簇分布的三层异构网络模型。该网络模型由宏基站(Macro Base Station, MBS)、微微基站(Pico Base Station, PBS)和毫微微基站(Femto Base Station, FBS)组成。采用随机几何理论对三层异构网络的基站部署进行建模。充分分析了毫微微基站层基于SSA干扰管理的网络干扰统计特性,考虑了有序FBS和无序FBS两种情况,给出了FBS下行链路的覆盖概率。通过仿真,验证了理论结果的正确性,分析了覆盖半径、方差以及宏基站密度对覆盖概率的影响,得出有序FBS方案和无序FBS方案在覆盖概率方面的好坏性取决于系统参数。      

一种基于自适应资源分配的干扰协调方案

在宏基站和微微基站(Macro-Pico)的异构网络中,资源分配可以有效地抑制基站间的干扰。基于降低用户的干扰和提高系统的吞吐量,提出一种自适应的频率资源分配方案。考虑分配给宏基站的每个资源块,如果距离宏基站较近的微微基站用户所受到的干扰高于最高限,采用不给宏基站分配这个资源块的方法,从而降低其对邻近微微基站用户的干扰,保证微微基站用户一定Qo S(Quality-of-Service)。系统仿真结果表明,与正交频率资源分配方案和共信道频率资源分配方案相比较,所提出的自适应频率资源分配方案降低了干扰和提高了系统的吞吐量。     

分层异构网络中基于斯坦克尔伯格博弈的资源分配算法

分层异构网络中家庭基站与宏基站之间往往存在干扰,如何分配资源以获得高谱率和高容量、保证用户性能一直是研究的重点。为了解决这个问题,本文提出了一种异构蜂窝网络中基于斯坦克尔伯格博弈的家庭基站与宏基站联合资源分配算法,算法首先基于图论的分簇算法对家庭基站和宏用户进行分簇和信道分配,以减少家庭基站之间的同层干扰和家庭基站层与宏蜂窝网络的跨层干扰;然后建立了联合家庭基站发射功率以及宏用户接入选择的斯坦克尔伯格博弈,推导出达到纳什均衡时的家庭基站发射功率的表达式,并据此为宏用户选择合适的接入策略。仿真结果表明,该算法能够有效地提高宏用户的信干噪比（SINR）,家庭用户的性能也得到改善。      

大规模无人机协助的多层异构网络设计及性能研究

针对B5G/6G中的热点场景,为满足其超大网络容量的需求,该文构建了多无人机(UAV)协助的毫米波异构网络模型,将地面基站(G-BS)的分布建模为泊松点过程,UAV的分布建模为泊松簇过程,且UAV在地面上的投影以及地面用户设备(GUE)分布在G-BS的周围。为了探讨簇间级联的贡献和簇间干扰的影响,将该2层网络模型扩展为由簇间和簇内基站(BS)共同构成的4层网络模型,并提出了GUE同时与簇内(间)BS级联的4层级联方案。首先,通过传播模型分析了各层级联距离的路径损耗。其次,采用随机几何的方法,结合GUE在下行链路中受到的干扰,推导出GUE可实现的信号与干扰加噪声比(SINR)覆盖概率表达式。最后,仿真结果表明,UAV的高度和簇成员平均数对SINR覆盖概率会产生非单调的影响。同时,当UAV高度较小时,该文所提出的4层级联方案可实现的SINR覆盖概率性能优于仅考虑GUE与簇内BS级联的2层级联方案。     

一种无线异构网络中的分步协作基站分簇方法

为抑制小区间干扰提高系统性能,基于异构网络提出了一种分步基站分簇方法。该方法首先依据期望用户受到的除主服务基站之外的其余基站的信号干扰强度,确定待分簇基站集合;然后根据期望用户接收到待选集合中各个基站的信号强度,确定最终参与协作的基站集合。分步基站分簇方法通过缩小用户选择范围,同时综合考虑用户所在小区的信号强度和周围基站的干扰信号强度进行协作基站分簇。仿真结果表明：相对于现有功率最大法和阈值法,基于分步的基站分簇方法具有更高的用户端传输速率,更好地提升了系统性能。     

一种基于阈值的无线异构网络基站分簇方法

为抑制小区间干扰,提高系统性能,研究了异构网络中的基站分簇问题,提出了一种基于阈值的协作基站分簇方法.该方法在异构组网场景下,以最大化接收端传输速率为目标,通过选择满足设定阈值的基站进行协作,考虑了用户所属基站信号强度和非所属基站的干扰情况,分析了不同分簇方法下的用户传输速率变化情况.仿真结果表明,所提算法在系统传输速率性能方面优于现有方法.     

大规模无人机协助的多层异构网络设计及性能研究

针对B5G/6G中的热点场景,为满足其超大网络容量的需求,该文构建了多无人机(UAV)协助的毫米波异构网络模型,将地面基站(G-BS)的分布建模为泊松点过程,UAV的分布建模为泊松簇过程,且UAV在地面上的投影以及地面用户设备(GUE)分布在G-BS的周围.为了探讨簇间级联的贡献和簇间干扰的影响,将该2层网络模型扩展为由簇间和簇内基站(BS)共同构成的4层网络模型,并提出了GUE同时与簇内(间)BS级联的4层级联方案.首先,通过传播模型分析了各层级联距离的路径损耗.其次,采用随机几何的方法,结合GUE在下行链路中受到的干扰,推导出GUE可实现的信号与干扰加噪声比(SINR)覆盖概率表达式.最后,仿真结果表明,UAV的高度和簇成员平均数对SINR覆盖概率会产生非单调的影响.同时,当UAV高度较小时,该文所提出的4层级联方案可实现的SINR覆盖概率性能优于仅考虑GUE与簇内BS级联的2层级联方案.     

TDD场景下小基站蜂窝网络上下行交叉干扰建模及性能分析

针对小基站网络立体分布特性,提出了一种TDD制式下小基站蜂窝网络三维随机几何模型并进行了性能分析。首先,本文根据3-D PPP模型下小基站的空间分布特性推导了TDD制式下小基站网络上下行覆盖概率的数学表达式。接下来,基于覆盖概率的表达式和网络频谱效率的定义,分别推导了上下行交叉干扰场景下,小基站网络上下行频谱效率的一般表达式。仿真结果在验证了本文模型的合理性的同时还说明,随着下行小区占比和功率控制因子的增大,网络的频谱效率都呈下降趋势。除此之外,室内环境也会对网络的覆盖性能产生影响。      

超密集异构网中的Q学习资源调度算法

在超密集异构蜂窝网络中,随着低功率基站大量增加,且复用相同的频谱资源,小区间干扰(ICI)可能会变得很强,从而降低系统整体吞吐量。因此,文中提出一种基于Q学习的资源调度(QLRS)算法以尽可能地最大化系统容量。算法首先将小基站进行分簇,在每个调度周期根据簇内用户数量为每个簇调度资源;然后以系统整体吞吐量和能效为优化目标,对簇内有关联用户的小小区进行资源变更和优化,并将收益记录于Q表中,Q表经多次迭代收敛后,得到系统最优资源分配方案。仿真结果表明,与其他资源分配算法相比,文中提出的算法在保证能源效率与宏蜂窝吞吐量的条件下,进一步提高了系统整体吞吐量。     

Performance study of hybrid spectrum access scheme in millimeter wave cellular network

In millimeter wave cellular networks,the spectrum efficiency of multi-operator dual frequency hybrid spectrum access scheme under open access mode was studied.Firstly,Poisson point process was used to model the distribution of base stations of each operator,the base station and carrier frequency were selected by users based on maximum received power criterion and high frequency carrier signal to interference plus noise ratio (SINR) threshold access criterion respectively.Secondly,the rate coverage was used as performance criteria to study the spectrum efficiency,and the theoretical expression of rate coverage was derived based on stochastic geometry theory according to channel model,path loss model and antenna model.Finally,the influence of user density,base station density and antenna gain on rate coverage was analyzed by simulation.The experimental results show that the multi-operator dual frequency hybrid spectrum access scheme has better spectrum utilization efficiency.     

异构网络中用户关联和功率控制的协同优化

针对正交频分多址(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access,OFDMA)异构网络中用户关联和功率控制协同优化不佳的问题,提出了一种多智能体深度Q学习网络(Deep Q-learning Network,DQN)方法.首先,基于用户关联和功率控制最优化问题,构建了正交频分多址的双层异构网络系统模型,以实现智能决策;其次,根据应用场景和多智能体DQN框架的动作空间,对状态空间和奖励函数进行重构;最后,通过选取具有宏基站(Base Station,BS)和小型BS的两层异构网络,对多智能体DQN算法的性能进行仿真实验.仿真结果表明,相较于传统学习算法,多智能体DQN算法具有更好的收敛性,且能够有效提升用户设备(User Equipment,UE)的服务质量与能效,并可获得最大的长期总体网络实用性.     

基于多点协作联合传输的超密集组网性能分析

超密集组网的基站高密度特性会带来严重的小区间干扰,多点协作联合传输应用于超密集组网进行干扰管理是目前的研究热点,该文对多点协作联合传输时基站密度对网络性能的影响进行了分析。首先采用随机几何方法推导了3维空间基站与用户距离的概率密度函数,为选取距离用户最近的多个基站联合传输的协作机制提供了基础;然后结合有界双斜率路径损耗模型,进行用户下行链路的干扰建模,进一步推导出用户下行链路覆盖率和网络区域频谱效率的表达式,并分析了协作基站数、基站密度等参数对网络性能的影响。数值仿真表明:协作基站数为2时就可使下行链路覆盖率增加10%,且实现2到3倍的频谱效率的增益,当协作基站数为3时,费效比更优,同时可得到多点协作下的基站密度极限使区域频谱效率最高。该文工作可为下一代移动通信网络的基站部署提供理论支持。     

QoS约束下多层异构蜂窝网中基于分层休眠的节能机制研究

针对多层异构蜂窝网中资源分配和节能问题,本文基于随机几何模型利用分布式配对算法实现了用户连接和资源分配的联合优化,并利用分层休眠机制提升了系统的整体能效。首先,采用随机几何工具对不同类型的基站进行建模,在建立模型的基础上提出用户QoS约束下的最小化系统总功耗的联合优化方案,然后将该方案分解简化为用户连接资源分配和基站休眠两个子问题,并分别利用稳定配对算法和基于投票法的分层休眠机制加以解决。仿真和分析结果表明本文方法可以显著提升系统能效,与已有的休眠策略相比具有更低的用户平均中断比。      

基于空间Poisson点过程的无人机异构网络中断性能评估

考虑无人机空间分布特性给城市热点区域网络部署与设计带来的挑战,基于随机几何理论构建了空间无人机异构网络框架.首先,通过三维部署空中小基站和二维部署地面宏基站的方式对网络进行混合干扰建模,借助最大偏置接收功率级联准则来实现各基站的负载均衡;此外,考虑无人机通信特性,将空对地信道假设为Nakagami-m衰落模型;最后通过...     

Nash bargaining solution based multi-cell and multi-user interference alignment scheme for cellular networks

In wireless cellular networks, the interference alignment （IA） is a promising technique for interference management. A new IA scheme for downlink cellular network with multi-cell and multi-user was proposed, in the proposed scheme, the interference in the networks is divided into inter-cell interference （ICI） among cells and inter-user interference （IUI） in each cell. The ICI is aligned onto a multi-dimensional subspace by multiplying the ICI alignment precoding matrix which is designed by the singular value decomposition （SVD） scheme at the base station （BS） side. The aligned ICI is eliminated by timing the interference suppression matrix which is designed by zero-forcing （ZF） scheme at the user equipment （UE） side. Meanwhile, the IUI is aligned by multiplying the IUI alignment precoding matrix which is designed based on Nash bargaining solution （NBS） in game theory. The NBS is solved by the particle swarm optimization （PSO） method. Simulations show that, compared with the traditional ZF IA scheme, the proposed scheme can obtain higher data rate and guarantee the data rate fairness of UEs with little additional complexity.     

毫米波微小区网络中基于公平准则的分布式用户关联算法

由于定向线性视距(Line-of-Sight,LOS)传输和对障碍物的敏感,使得毫米波微小区网络中的用户关联问题更为复杂。提出一种毫米波微小区网络中基于公平准则的用户关联算法,首先建模毫米波信道的不稳定性和用户切换成本,然后将基于公平准则的用户关联算法建模并证明为一个凸问题,利用拉格朗日对偶理论对原问题进行求解。分析与仿真结果表明:(1)当小区切换成本较低时,用户终端(User Equipment, UE)仅关联至单个微基站(Small Base Station, SBS)上为宜;(2)当小区切换成本较高时,UE同时关联至多个微基站为宜;(3)与其它算法相比,文中所提方法吞吐量增益显著。     

基于NOMA的全双工多层异构网下行链路覆盖分析

针对异构网（Heterogeneous Network,HetNet）无线回程,现有研究主要集中于提升网络吞吐量,而对回程覆盖性能研究较少.由此,本文构造了一种在小小区基站（Small cell Base Station,SBS）上结合全双工（Full-Duplex,FD）和非正交多址接入（Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA）技术的大规模多输入多输出（Multiple Input Multiple Output,MIMO）辅助多层HetNet模型.利用信干比（Signal-to-Interference Ratio,SIR）来模拟有源SBS的分布,得出不同类型接收端的干扰;然后推导了移动用户（Mobile User,MU）下行链路覆盖概率闭合表达式.仿真和数值结果表明,SBS下行链路覆盖概率会随着小小区下行链路功率共享系数的增加而减小;此外,通过对比NOMA和正交多址接入（Orthogonal Multiple Access,OMA）以及FD和半双工（Half-Duplex,HD）对下行链路覆盖性能的影响,本文提出的方案能显著提升网络性能.