4G無線網(wǎng)格大容量高可靠核心技術(shù)研究.pdf

1、為解決第4 代移動(dòng)通信(4G)大容量高可靠核心技術(shù)，本文首次提取ad hoc 網(wǎng)絡(luò)的多用戶分集方法及其協(xié)作本質(zhì)，系統(tǒng)地研究了協(xié)作能夠低成本地提高容量和可靠性并支持可擴(kuò)展；將該理論創(chuàng)新從4G 設(shè)計(jì)之初就在資源分配、拓?fù)淇刂啤⒙酚芍貥?gòu)、環(huán)境感知、多層優(yōu)化、業(yè)務(wù)提供等全方位融入蜂窩，提出了一種集成ad hoc 與基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)(IAIN)的新體制；指明4G 不僅應(yīng)在單鏈路上改進(jìn)，更可依據(jù)2000 年以來的發(fā)現(xiàn)（單位面積隨機(jī)拓?fù)錈o線網(wǎng)絡(luò)吞吐量容量

2、隨節(jié)點(diǎn)數(shù)增長(zhǎng)等），在網(wǎng)絡(luò)容量上實(shí)現(xiàn)飛躍。 基于IAIN，面對(duì)干擾等限容因素挑戰(zhàn)，依據(jù)網(wǎng)絡(luò)信息論，提出下列擴(kuò)容方案。 利用基礎(chǔ)設(shè)施：部署隨機(jī)分布的基站，揭示了容量規(guī)律，并提高頻譜效率和功率效率； 利用節(jié)點(diǎn)移動(dòng)：發(fā)掘移動(dòng)等效鏈路吞吐量，付出時(shí)延代價(jià)來提高頻譜效率和功率效率。給出了時(shí)延約束下的容量，并制定IAIN Diffserv 的最優(yōu)折中，為實(shí)時(shí)高吞吐量業(yè)務(wù)降至最低連通度以節(jié)省網(wǎng)絡(luò)劃分開銷； 利用干擾消除：

3、增加算法復(fù)雜度，提高頻譜效率和功率效率。給出了相干多級(jí)自適應(yīng)方案，并探討在瑞利衰落、非理想功控及定時(shí)誤差下的容量擾動(dòng)； 利用定向天線：增加空間復(fù)用，提高頻譜效率和功率效率。由其擴(kuò)容效果，給出了對(duì)上述方案的改進(jìn)； 利用超寬帶網(wǎng)：加寬頻帶，雖降低傳統(tǒng)意義的頻譜效率，但提高功率效率。采用衰落時(shí)任意維滲透模型，提出了功率受限的容量，表明城區(qū)多徑衰落下UWB 對(duì)IAIN擴(kuò)容更顯著； 利用多路接口：支持同時(shí)傳輸，提高頻譜效率

4、和功率效率，付出多路轉(zhuǎn)換開銷。 研究了網(wǎng)口數(shù)和通道數(shù)下的容量，由此提高了擴(kuò)容的成本效率。 由這6 個(gè)層面的一整套新型實(shí)用體系，提出IAIN 分布式節(jié)點(diǎn)對(duì)稀缺無線資源既獨(dú)立自主競(jìng)爭(zhēng)又共贏共享合作，形成資源配置效率更高的動(dòng)態(tài)競(jìng)合的均衡。 針對(duì)可靠拓?fù)浼捌淇蓴U(kuò)展，提出IAIN 基于群組移動(dòng)和隨機(jī)幾何的實(shí)時(shí)競(jìng)合拓?fù)淇刂?，維持依概率拓展覆蓋所需的最小k 度連通主干集，并采取IAIN 按需感知的自重構(gòu)路由管理和在多協(xié)議集之間

5、的協(xié)商。進(jìn)一步將不可靠的通信鏈路抽象為定時(shí)異步網(wǎng)絡(luò)模型，并考慮節(jié)點(diǎn)崩潰和Byzantine 失效兩類故障模型，提出IAIN 大規(guī)模拓?fù)渥兓械膭?dòng)態(tài)競(jìng)合容錯(cuò)機(jī)制，形成新型可靠移動(dòng)信息環(huán)境。 針對(duì)可靠低功耗多層優(yōu)化，提出IAIN 將待機(jī)和通話都細(xì)分為多個(gè)子狀態(tài)來轉(zhuǎn)換的機(jī)制和動(dòng)態(tài)競(jìng)合節(jié)能管理的策略。在MAC 層，最小化由隨機(jī)訪問造成的沖突，并考慮預(yù)約機(jī)制本身的能耗，設(shè)計(jì)整體可靠低功耗的競(jìng)合協(xié)議；在LLC 層，基于節(jié)點(diǎn)和連接的可靠節(jié)能而