异质业务背景下LTE上行功率控制研究

【摘要】随着通信行业技术的快速更新，移动互联网爆发式的发展产生了大量的异质业务，本文将异质业务划分为机器对机器（M2M）通信和人与人（H2H）通信两类，主要关注M2M这种新兴的通信方式。在各种应用需求的驱动下，M2M通信方式正在逐步取代传统的通信业务，例如远程测量、智能家居、定位跟踪等多种形式的M2M业务越来越深入到人们的生活当中。人们在享受M2M通信带来的生产效率和生活便利的同时，期待更加丰富、更加广泛的M2M应用。根据目前M2M应用的发展速度，在不远的将来，数以万计的机器终端将加入到通信网络当中。从网络覆盖范围和无线接入优势上来看，3G网络是异质业务最便捷和最常用的载体。但是3GPPLTE技术作为下一代网络的长期演进技术，具有更高的传输速率、更大的系统容量、更低的传输时延和更低的运营成本，所以LTE将来必然会成为异质业务的主要承载网络。本文首先介绍了LTE的基本结构、空中接口、物理层技术和LTE小区产生同频干扰的主要原因，针对异质业务重点研究了目前M2M业务的应用领域和不同M2M业务的特性，根据M2M业务的特性进行分类，针对目前两种代表型M2M业务（小数据随机业务和视频监控业务）进行建模。M2M业务在建模过程中分别针对会话级和包级进行建模，会话级建模的主要目的是确定M2M业务的到达分布；包级建模的主要目的是确定一次M2M会话占用RB资源块的个数。通过对M2M业务建模，为后续求解小区间干扰概率和仿真LTE上行功率控制算法提供了可靠和切实的理论模型。当LTE网络中H2H业务和M2M业务共存时，区别于传统的H2H通信，大部分M2M终端只占用LTE网络上行传输链路，本文深入研究了LTE上行功率控制算法，在分析了开环功率控制算法和闭环功率控制算法的基础上，通过马尔科夫批量到达模型求得了LTE小区间的干扰概率，通过干扰概率求得SINR门限值，对小区中的用户位置进行划分，针对不同位置的用户，采取不同的功率调整策略。本文分别提出了两种改进的功率控制算法。改进算法1在不考虑M2M终端存在的情况下，针对传统H2H业务对LTE上行功率控制算法进行优化；改进算法2在改进算法1的基础上，考虑当LTE网络中存在海量的M2M终端时，针对不同类型的用户端，采取不同的功率控制方案，从而保证网络中传统通信业务和高时延要求业务的服务质量。本文最后利用科学计算器MATLAB软件搭建了LTE上行链路仿真环境，将M2M业务源模型和两种改进的功率控制算法添加到仿真系统中，通过不断的仿真和分析结果，证明改进算法的正确性，并通过与传统闭环功率控制算法相比较，证明了两种改进算法的优越性。
【作者】程晓彬；
【导师】迟学芬；
【作者基本信息】吉林大学，通信与信息系统，2014，硕士
【关键词】M2M；LTE；功率控制算法；马尔科夫模型；系统仿真；

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