异构蜂窝网络的用户卸载策略研究

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传统蜂窝网络有限的传输能力无法满足迅猛增长的移动数据业务需求,蜂窝网络运营商面对数据流量的爆炸式增长承受了巨大的压力。异构网络作为一种经济高效提升网络容量的方式得到了广泛的部署。然而,由于宏基站与微基站之间巨大的功率差异,基于传统同构蜂窝网络的小区选择策略会使得异构网络中的负载分布不均,导致宏小区拥塞的同时微小区的资源未得到充分利用,这大大限制了异构网络的性能提升。将部分用户从比较拥塞的宏小区卸载到资源富余的微小区,是低成本地提升异构网络性能的一个有效手段。用户卸载策略需要根据网络中的用户分布、负载情况、基站运营模式等实际的状态做出合适的用户卸载决策,同时需要考虑影响网络性能的多方因素如干扰协调、资源分配、商业成本与收益等。因此,本文关注的重点是联合考虑影响网络性能的多方因素研究在不同场景需求下的用户卸载策略。针对宏微基站属于相同运营商场景下的负载不均衡问题,研究了用户卸载与干扰协调策略。首先,综合考虑用户归属关系、几乎空白子帧比例因子和资源分配比例等参数构建了一个联合效用优化问题;然后,采用Gauss-Seidel的块参数分解方法将联合问题分解为三个子问题,每次优化单一参数块而将其他参数块固定,逐步迭代求解最优参数:最后,基于中间推导结果提出了具有较低复杂度的启发式算法来解决用户归属问题。仿真结果表明所提出的方案与小区覆盖扩展方案相比,能大大提升用户的边缘吞吐量和公平性。针对宏微基站属于不同运营商场景下的负载不均衡问题,研究了用户卸载与成本协调策略,重点关注蜂窝服务提供商希望租借成本较小和卸载流量较大的两个矛盾的需求。首先,构建了以卸载成本和卸载收益之差最小为目标的反向拍卖问题来在二者之间做一个权衡;然后,提出了满足市场激励相容性和个体合理性的基于反向拍卖的最优卸载机制和考虑了资源利用效率的具有较低复杂度的贪婪卸载机制。仿真结果表明,最优卸载机制能很好的权衡成本与卸载量两方面的需求,而贪婪卸载机制能在降低复杂度的同时保证成本与卸载量的折衷。
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