高性能非授权频段无线通信系统关键技术研究

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1、国内图书分类号:TN914,TN929.5密级：公开国际图书分类号:621.396西南交通大学研究生学位论文高性能非授权频段无线通信系统关键技术研究年级2013级姓名宋昊申请学位级别博士专业信息与通信工程指导老师方旭明，方玉光教授二零一七年十一月十日ClassifiedIndex:TN914,TN929.5U.D.C:621.396SouthwestJiaotongUniversityDoctorDegreeDissertationRESEARCHONKEYTECHNOLOGIESFORHIGH-PERFORMANCE

2、UNLICENSEDSPECTRUMWIRELESSCOMMUNICATIONSYSTEMSGrade:2013Candidate:HaoSongAcademicDegreeAppliedfor:DoctorofPhilosophySpeciality:InformationandCommunicationandEngineeringSupervisor:XumingFang,YuguangFangNovember10,2017西南交通大学学位论文版权使用授权书、本学位论文作者完全了解学校有关保留使用学位论文的

3、规定，同意学校保留并。向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用。影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文本学位论文属于１．保密□，在年解密后适用本授权书；２．不保密勾／使用本授权书。“”（请在以上方框内打Ｖ）学位论文作者签名：指导老师签名：曰其月：知Ｊ、、曰期：Ｊ。Ｗ￥｜《西南交通大学博士学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工

4、作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本论文研究高性能非授权频段无线通信系统关键技术，其主要创新点如下：1)为了实现非授权频段高效无线传输，首先对LTE-U(LTEinUnlicensedSpectrum)系统物理层关键技术进行了重新设计，随后提出了一种非授权频段信道分配方案，以解决LTE-U与其他非授权频段接入系统之间的干扰协调问题。针对包括毫米波在内的高

5、频非授权频段，对LTE-U系统物理帧结构、物理信道、参考信号分布、物理-传输-逻辑信道映射等进行了设计。此外，基于多用户分集的思想，提出了基于匈牙利方法的非授权频段信道分配算法。研究结果表明，该算法可在保证用户公平性的同时，使LTE-U系统进行有效的干扰协调和在非授权频段上获取较高的吞吐率。(第2章)2)为了通过系统设计解决LTE-U系统遇到的一些问题，基于控制面/用户面(C/U面)解耦网络架构对LTE-U系统进行设计，以降低系统复杂度、提高灵活性，并且实现网络的集中管理和优化。由于C/U面解耦网络架构一些基本技术研究

6、仍处于空白阶段，为保证其可实现性，首先对协议栈、帧结构、测量过程、系统广播等进行了设计；随后，在该网络架构下，对非授权频段管理过程和可用非授权频段判决和获取机制进行了研究；最后，通过仿真证明了相比于传统的C/U面耦合的LTE-U系统，基于C/U面解耦的LTE-U系统具有更好的传输性能。(第3章)3)基于C/U面解耦网络架构的特点，提出了一种小小区间无缝切换方案。由于高频非授权频段的高传播损耗和发射功率限制，需要设置大密度小小区来进行非授权频段的覆盖，因而带来频繁的小小区间切换。在传统LTE系统采用“硬切换”模式的情况下

7、，频繁的小小区间切换会造成频繁的数据传输中断。此外，C/U面解耦网络架构中，大小区间切换需要经历宏基站间和小基站间两次切换过程，造成大小区间切换成功率低的问题。为此，提出了一种基于灰色预测理论GM(1,n)模型的大小区间切换判决优化算法。研究结果显示，该算法可以使移动台在合理位置上提前触发大小区间切换，并有效提高切换成功率。(第4章)4)为了在一定程度保证Wi-Fi系统接入公平性的条件下不过度牺牲LTE-U系统在非授权频段上的吞吐率，提出了一种新的LTE-U非授权频段接入机制。其中，LTE-U系统根据Wi-Fi设备在非

8、授权频段上的接入信息，动态的调整自己的接入参数。同时，为保证提出机制的可行性，提出了一种LTE-802.11融合协议栈，以使LTE-U系统可以读取Wi-Fi设备所发射物理帧中的控制信息。此外，通过研究最大化遍历容量的优化问题，得到LTE-U系统最优非授权频段接入参数。从仿真结果中可以看出，所提出的－频段接入机制可以在保证Ｗ－ｉＦｉ