small+cell网络中无线回程流量的建模与分析

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1、华中科技大学硕士学位论文1绪论1.1课题的背景和意义随着当今时代经济与科技的快速发展，现代人类的生活、学习、工作等已经与互联网密切相关。相比于传统个人电脑互联网时代，在诸如手机、平板电脑、个人移动电脑等各种各样的移动设备不断推陈出新的浪潮下，移动互联网席卷了全球。因此，作为移动互联网的网络基础——移动通信网络已经成为了最具有发展潜力与发展前景的领域。在当前移动通信网络中，用户的移动性增大，同时对流量的需求也呈指数倍上升[1]。为了满足这巨大的网络容量要求，对于移动通信网络的研究面临前所未有的挑战。与此同时，人们对高数据传输率的需求和不断增加的无线用户数目导致了蜂窝网功率消耗和

2、运营成本的迅速增长。因此，合理分配频段，加强频谱利用，不断提升频谱效率，同时合理的部署基站，加强基站管理，不断提升基站的能量效率，是当前越来越重要的话题，得到了极为广泛的研究[2]。2013年12月4日工业和信息化部正式发放4G牌照，中国移动、中国联通和中国电信三大运营商均获得TD-LTE（TimeDivision-LongTermEvolution）牌照，这标志着我国蜂窝移动通信系统已经迈入4G时代。自从上个世纪70年代美国贝尔实验室提出蜂窝网络的概念起，过去的几十年间，蜂窝移动通信系统作为一种重要的移动通信方式，已经经历了4代技术变革。但是，为了满足用户对于高速数据业务和

3、移动多媒体业务的需求，满足用户对无线数据传输速率不断增长的要求，第五代移动通信系统的发展已经提上日程，相关研究也已经是研究热点。传统的蜂窝网结构是为了迎合大的覆盖范围这一指标，当移动用户远离基站时，为了确保无缝的移动宽带而不能实现预计的吞吐量。在LTE-A的标准引入了异构网络（HeterogeneousNetworks,HetNet）结构。类似的异构网络在3GPP中得到了充分的研究和探讨[3]-[6]。研究表明，类似相互协作的MacroCell和PicoCell基站同时部署在小区中，从而组成的异构网络，能够实现较高的数据传输率，潜在提升空间复用和覆盖范围，同时还能保留其无缝连

4、接和灵活特性[3]。1万方数据华中科技大学硕士学位论文SmallCell小区网络结构正是在这一背景下提出的新型蜂窝网网络结构。在SmallCell网络中，基站往往超致密化部署，通常单个基站的功率小（通常小于5瓦特）、覆盖面积小（小区半径通常小于50米）。SmallCell网络包含了传统3GPP技术中的MicroCell、PicoCell、FemtoCell网络的性质，但在小区覆盖面积、回程配置组成上有所不同。部署在MacroCell网络中的SmallCell极大的增强整体的网络流量服务能力。同时，SmallCell的部署也有诸如增加覆盖面积、保证特殊地区用户的链接、减少用户阻

5、塞率等作用[7]。因此为了满足日益增长的流量需求，SmallCell的相关技术研究越来越受重视，并且得到了广泛的研究。SmallCell基站往往覆盖在对流量需求极大的区域，比如大型商业区、城市主要公路线路的路边、白天的工作区、夜晚的生活区等区域。由于SmallCell基站的超致密部署、每个SmallCell基站覆盖面较小、以及为适应部署区域流量需求潮汐性（工作区白天流量需求高、生活区夜晚流量需求高）而灵活部署等特性，所以在SmallCell组网的时候往往无法使用传统异构网络的有线回程（如光纤回程等）。为了适应SmallCell的超致密部署以及灵活部署，其组网过程中往往选择无线

6、回程[8]。超致密部署的SmallCell基站在极大提升网络流量服务能力的同时，由于SmallCell之间的相互协作，在SmallCell的无线回程中也产生了大量的冗余信息。这部分信息占据了无线回程的主体，也是影响网络性能的主要因素。因此，针对SmallCell无线回程的流量分析与建模对提升SmallCell网络性能至关重要。除了要满足流量需求，全世界的网络运营商现在意识到要用一种节能的模式来管理他们的蜂窝网络的重要性，同时可以减少CO2的排放量[9]-[12]。现在研究表明，由于信息和通信技术而产生的CO2的排放量已经达到2%，随着数据流量和移动设备指数级的增长，这个数字预

7、计会明显增加。由于能源消耗是构成运营商支出的主要部分，所以提升能效能帮助运营商很好的降低运营成本。随之而来的研究课题“绿色蜂窝网”最近变的很受欢迎，电信行业把能效作为蜂窝网设计的一项关键的性能指标[12]。SmallCell网络中SmallCell基站的超致密部署，形成了巨大的能量消耗。因此，SmallCell网络中的能效研究也极为迫切。课题的意义：基站之间的回程是蜂窝移动通信系统中的重要领域之一。在传统2万方数据华中科技大学硕士学位论文蜂窝网络中，由于回程往往采用光纤通信，光纤通信具有非常大的流量带宽