第五代移动通信系统无线网络组网技术研究

论文总字数：27293字

摘 要

人们对移动通信的需求不断增长，为了提升系统容量，小区的半径越来越小，同时随着通信技术的不断发展，网络业务需求多样化，网络呈现多技术融合的趋势，预计第五代移动通信网络将是异构化、超密集化的网络，如何处理网络中的干扰、运行和维护网络中大量的节点、协调管理复杂庞大的网络资源将是人们要面对的重要问题。

为了解决这些将要面对的问题，本文研究了几种增强型技术在第五代移动通信网络中的应用。

首先研究了无定形小区在5G网络中的应用，分析了无定形小区对5G网络的作用，在不同的应用场景下，分析无定形小区对用户的管理策略和自身激活/去激活策略，研究了两种不同类型的无定形小区的差别，考虑了他们各自的应用前景。

然后介绍了提出自组织网络的起因，分析自组织网络在5G中的必要性，研究自组织功能的实现和管理方式，分析自组织功能中的网络自配置、网络自优化和网络自治愈在5G场景下的作用，研究自组织网络应用于无定形小区的几项关键技术。

接着介绍了多基站协作的概念，分析多基站协作技术对5G的意义，研究不同多基站协作技术之间的区别，针对超密集网络环境分析了协作簇成簇问题，研究了4种可用于5G场景的成簇算法，分析了它们各自的优势和局限性。

随后介绍了3D MIMO技术的概念，指出了这项技术应用于第五代移动通信系统的可行性与创新性，分别研究了将3D MIMO技术与小区分裂、波束赋形和多基站协作联合运用的场景。

最后对超密集异构网络进行仿真分析，与传统组网方案进行了对比，对增强型技术应用于超密集网络场景进行了仿真，验证了网络性能的提升。

关键词：第五代移动通信系统；超密集异构网络；无定形小区；自组织网络；3D MIMO；多基站协作

Abstract

The demand for mobile communications is growing, in order to improve the system capacity, the radius of cell is getting smaller and smaller, at the same time, with the continuous development of communication technology, the needs of network business are diverse, the network presents a trend of multi-technology fusion, the fifth generation of mobile communication networks will be heterogeneous, ultra dense network. How to deal with the network interference, run and maintain a large number of nodes in the network, coordinate and manage complex network resources will be important problems people have to face.

In order to solve these problems, the application of several enhanced technologies in the fifth generation mobile communication network is studied.

Firstly，this paper studies the amorphous cell in 5G network, analyzes the role of amorphous cells in 5G networks, the strategy of its user management and its activation/sleep in different scenarios, studies the difference of two different types of amorphous cell , takes account of their application prospects.

Then, it introduces the reasons of the development of self - organized network, and analyzes the necessity of self - organized network in 5G, studies the realization and management of self organized function, and analyzes the effect of self configuration, network self optimization and network self governance in 5G scenarios, studies several key technologies of self organizing network applied to amorphous cell.

Next, it introduces the concept of multi-BS cooperation, and analyzes the multi-BS cooperation technology in 5G, studies the distinction between different kind of multi-BS cooperation technology, analyzes the cooperative cluster clustering problem in ultra dense network environment, studies on 4 kinds of clustering algorithm for 5G scene, analyzes their respective advantages and limitations.

Subsequently, the paper introduces the concept of MIMO techniques in 3D and points out the feasibility and innovation of this technology in the fifth generation mobile communication system, studies the effect of MIMO 3D technology on cell division, beamforming and multi-BS coordination.

Finally, the paper makes the simulation analysis of UDN and HetNet compared with the traditional networking solutions, simulates the scenario in whch the enhanced technology is applied to the UDN, verifies the improvement of the network performance.

Key words: the fifth generation mobile communication system; ultra dense network; heterogeneous network; amorphous cell; self-organized network; 3D MIMO; multi base station cooperation.

目 录

摘要 ……………………………………………………………………………Ⅰ

Abstract …………………………………………………………………… Ⅱ

1. 绪论 …………………………………………………………………………1

1.1 课题背景与意义………………………………………………………….1

1.2 超密集网络和异构网络 ………………………………………………2

1.3 本文组织结构与创新点 ………………………………………………4

1. 理论基础介绍 …………………………………………………………6

2.1 LTE系统发展历史 ………………………………………………6

2.2 LTE网络架构 …………………………………………………………6

2.3 LTE协议栈 ………………………………………………………………7

2.4 无线资源管理技术基础 ………………………………………………8

2.4.1 干扰抑制 …………………………………………………8

2.4.2 接纳控制 ………………………………………………………10

2.4.3 调度算法 ………………………………………………………10

2.5 本章小结 …………………………………………………………………12

1. 增强型技术在5G组网中的应用 ……………………………13

3.1 无定形小区介绍 …………………………………………………13

3.1.1 应用场景 ……………………………….………………13

3.1.2 无定形小区分类 …………………………………………………14

3.2 自组织网络 ……………………………………………………………15

3.2.1 自组织网络概念 ……………………………………………16

3.2.2 管理方式 ………………………………………………………16

3.2.3 组织架构 ………………………………………………17

3.2.4 功能分类 ……………………………………………………18

3.2.5 无定形小区自组织关键技术 ……………………………19

3.3 多基站协作 …………………………………………………………21

3.3.1 协作簇成簇 ………………………………………………22

3.3.2 MIMO协作与中继辅助协作仿真 ……………………………24

3.4 3D MIMO技术 ………………………………………………………26

3.5 本章小结 ……………………………………………………………28

1. 面向UDN和HetNet场景的系统仿真分析 …………29

4.1面向UDN场景的系统仿真分析 …………………………………29

4.2面向HetNet场景的系统仿真分析 ………………………………33

1. UDN场景下基于增强型技术的无定形小区组网方案的系统仿真分析

…………………………………………………………………………………37

5.1 系统模型 ……………………………………………………………37

5.2 方案具体描述 ………………………………………………………37

5.3 仿真验证 ……………………………………………………………39

5.4 本章小结 ………………………………………………………………43

1. 总结与展望……………………………………………………………44

致谢 …………………………………………………………………………45

参考文献………………………………………………………………………46

1. 绪 论
   1. 课题背景与意义

信息是人类生存与社会发展的三大基本资源之一，人类对通信与信息的需求总是不断增长，并且可以预见，这种增长几乎是无止境的。

移动通信的历史可以追溯到1897年，当时在英吉利海峡，马可尼首次在船只之间试验了无线通信 [^[1]]。随着电子技术的飞速发展，人们突破了无线通信的一个又一个阻碍，使得移动通信不断深入走进人们的日常生活和工作当中来，而人类社会对移动通信的巨大需求又不断促使移动通信技术的进步。

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