免許可頻段LTE和WiFi的共存、融合及優(yōu)化.pdf

1、近年來，隨著智能無線通信設(shè)備的普及和蜂窩移動通信技術(shù)的發(fā)展，人們對大容量、高速率和高質(zhì)量移動通信的需求也急速增長。免許可頻段長期演進(jìn)(LTE-U)技術(shù)被工業(yè)界和學(xué)術(shù)界一致認(rèn)為是滿足這些需求的下一代蜂窩移動通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。LTE-U技術(shù)將許可頻段中較成熟的長期演進(jìn)(LTE)技術(shù)用于頻帶更寬、更空閑的免許可頻段中。其目的是用大量免許可頻段輔助數(shù)量有限的許可頻段，借此大幅增加可用帶寬，并在保證電信級服務(wù)品質(zhì)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)高傳輸速率、低費(fèi)

2、率、高可靠的通信。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、叛芯苛薒TE-U與已在免許可頻段上的WiFi系統(tǒng)的共存問題。由于LTE系統(tǒng)是中央控制的，其介質(zhì)訪問控制(MAC)層采用免競爭的協(xié)議，具有高效且貪婪的特點(diǎn)。而WiFi系統(tǒng)是分布式的，其MAC層采用基于分布式控制功能(DCF)的競爭協(xié)議，具有簡單但資源容易被占用的特點(diǎn)。為使LTE-U和WiFi能和平共處，本文首先提出了一種新型混合接入節(jié)點(diǎn)(HAP)，它集成了傳統(tǒng)LTE系統(tǒng)小基站(SBS)和

3、WiFi系統(tǒng)接入點(diǎn)的功能，并由蜂窩網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商部署?；贖AP，創(chuàng)立了將LTE-U傳輸嵌套在WiFi點(diǎn)協(xié)調(diào)功能(PCF)協(xié)議中的方法。在PCF協(xié)議中，一個(gè)幀分為非競爭階段(CFP)和競爭階段(CP)，其中CFP分配給LTE-U用戶使用，而CP分配給傳統(tǒng)的WiFi用戶使用。該方法具有中央控制以及LTE-U和WiFi干擾避免的優(yōu)勢，能有效提高LTE-U系統(tǒng)的吞吐量和免許可頻段的利用率。
　?、蒲芯縇TE-U與WiFi網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)融合的實(shí)現(xiàn)和

4、策略問題。LTE-U和WiFi具有截然不同的系統(tǒng)特征，異構(gòu)融合不是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)取代另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，而是通過有效利用兩網(wǎng)絡(luò)的不同優(yōu)勢，提高資源利用率，改善用戶服務(wù)體驗(yàn)。從理論上比較了移動業(yè)務(wù)卸載(Traffic offloading)和資源共享(Resource sharing)兩種模式下LTE-U系統(tǒng)的吞吐量性能，證明了當(dāng)WiFi用戶數(shù)較少時(shí)，采用業(yè)務(wù)卸載能獲得較好的性能；而當(dāng)WiFi用戶數(shù)較多時(shí)，采用資源共享則性能更好。本文進(jìn)而提出了一種混合

5、模式，LTE-U系統(tǒng)將一部分業(yè)務(wù)卸載到WiFi系統(tǒng)，同時(shí)占用WiFi原有資源中的一部分，并從理論和仿真中證明了混合模式總能確保較大的LTE-U系統(tǒng)吞吐量。此外，本文還創(chuàng)新性地提出了一種不同于傳統(tǒng)業(yè)務(wù)卸載的思路，提出將部分WiFi業(yè)務(wù)卸載到LTE-U系統(tǒng)，并將WiFi所使用的免許可頻段部分地出讓給頻譜利用率更高的LTE-U系統(tǒng)使用的方法。證明了該思路下LTE-U和WiFi系統(tǒng)的雙贏是可實(shí)現(xiàn)的，并給出了用戶卸載和資源分配的閉式最優(yōu)解。

6、>　?、怯懻摿嗣庠S可頻段的資源分配優(yōu)化問題。分別以提升LTE-U系統(tǒng)頻譜效率和能量效率為目標(biāo)，研究了免許可頻段在LTE-U和WiFi系統(tǒng)中的資源管理和優(yōu)化方法。結(jié)果表明，LTE-U系統(tǒng)頻譜效率會隨著免許可頻段資源數(shù)而增加，但占用過多的免許可頻段資源將導(dǎo)致WiFi系統(tǒng)性能惡化。為均衡兩系統(tǒng)的性能，通過納什均衡方法(NBS)設(shè)計(jì)一種能確保公平性的資源分配優(yōu)化方案，同時(shí)給出了LTE-U系統(tǒng)免許可頻段資源數(shù)的閉式解。由理論分析還發(fā)現(xiàn)使用更多的免