两层Macrocell/Femtocell异构网络中的资源管理方案研究

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Femtocell可以提高室内信号的覆盖率,为家庭住宅或者小型办公场所等场景的室内用户提供更高质量的服务。因此Femtocell得到了广泛的部署,与传统的宏网络构成了异构网络。同时Femtoce 11的部署也会带来一些问题。一方面,由于频谱的短缺,部署的Femtocell需要与传统的宏网络共享频谱,从而带来了跨层干扰的问题。另一方面,由于Femtocell的密集部署,Femtocell的能量消耗也成为不可忽略的问题。针对两层Macrocell/Femtocell异构网络中存在的上述问题,本文重点研究了两层Macrocell/Femtocell异构网络中的子信道分配和功率控制的无线资源管理方法。本文的主要工作和创新点概括如下:(1)联合子信道分配和功率控制的无线资源管理方案研究。针对两层Macrocell/Femtocell异构网络的上行链路场景,本文提出了一种联合子信道分配和功率控制的无线资源管理方案,降低了整个Femtocell网络中所有用户功率消耗。该方案通过综合考虑家庭用户的子信道分配和功率控制的方法在满足了宏基站的干扰限制以及家庭用户的吞吐量要求的前提下,将Femtocell网络中家庭用户功率消耗最小化的问题建模成为一个非凸的混合整数规划优化问题。针对该整数规划优化问题,本文提出了一种基于拉格朗日乘子法的分布式算法。在该算法中,本文通过引入时间分配因子将非凸的混合整数规划问题转化为凸优化问题,并通过拉格朗日对偶方法以及次梯度方法求解出功率的闭合式。最后通过仿真结果验证了提出方案的性能的优越性。仿真结果表明,本文所提方案在保证家庭用户吞吐量的同时大大降低了Femtocell网络的能耗。(2)基于斯坦伯格博弈论的非统一定价的功率控制方案研究。针对两层Macrocell/Femtocell异构网络的下行链路场景,本文提出了一种基于斯坦伯格博弈论的非统一定价的功率控制方案,该方案在满足家庭用户和宏用户的吞吐量要求的情况下,实现了家庭基站和宏基站效用的最大化。在建立宏基站以及家庭基站效用函数时,加入了其自身的能量消耗,从而可以避免宏基站和家庭基站为了获得更大的效用而盲目的增加自身的发送功率,使得效用函数更具有实用性。本文将异构网络中基站的功率控制的过程建模成为斯坦伯格博弈的机制。其中,宏基站作为“领导”制定干扰价格和宏基站的功率策略,家庭基站作为“随从者”根据宏基站制定的干扰价格来制定家庭基站的功率策略。宏基站与家庭基站的功率策略相互影响,本文提出了一种基于迭代的算法,通过迭代,家庭基站和宏基站的功率策略最终达到均衡状态。最后通过仿真验证了该方案的性能,并与统一定价的功率控制方案进行性能对比。仿真结果表明,本文所提出的非统一定价的功率分配方案在家庭基站的平均能效以及宏基站的总收益等方面比统一定价的功率分配方案具有较大的优势。
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