femtocell网络中资源分配机制的研究

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1、第一章绪论1———————————————————————————————————————————————————一一1．1研究背景及意义移动通信系统的发展演进经历了三代，从第一代模拟移动通信系统(FirstGeneration，1G)，到第二代数字移动通信系统(SecondGeneration，2G)，再到第三代多媒体移动通信系统(ThirdGeneration，3G)，目前正在向后三代或第四代宽带移动通信系统(B3G／4G)发展。第四代移动通信系统提出的目标是提供宽带移动多媒体服务，满足第三代移动通信系统尚未达到的在覆盖、质量、造价上支持的高速数据和高分辨率多媒体服

2、务的需要。在蜂窝网络中，估计60％以上的语音业务和90％以上的数据业务是在室内发生的【I’3J。因此，对于蜂窝网络运营商来说，为话音、视频以及高速数据业务提供良好的室内覆盖变得目益重要。然而，一些调查显示，45％的家庭和30％的企业都面临着室内覆盖差的问题。良好的室内覆盖和服务质量可以为运营商创造更多的收益，增加用户忠诚度，减少客户流失。不好的室内覆盖正好相反。怎样提供良好的室内覆盖，特别是针对高速数据服务，对于运营商来说是个很大的难题。提供室内覆盖一种典型的方法是使用户外宏小区基站。这种方法有以下局限性【4】。(1)使用一种所谓的“在外面”的方式来提供相应的室内覆盖是

3、非常昂贵的。例如，在UMTS中，室内用户信号的穿透损耗较大，其为了获得更好的通信质量，就会要求基站提高发射功率。这将会导致基站总的发射功率的增加，功率资源的大大浪费。因此，使用所谓的“在外面”方式传输每--I：L特信息的成本会非常高，并且比使用室内解决方案成本要高很多。(2)随着小区站点密度的增加，小区间的同频干扰变得越来越严重，特别是当宏基站在为室内用户提供服务时，经常以较高的功率发射。这样，使得使用相同频段的其它小区的用户会受到较强的干扰，降低了整个网络的吞吐量。(3)3G和B3G网络通常工作在2GHz或者更高的频率上，对于工作在2GHz以上的网络，建筑物的穿透是一

4、项很大的挑战。(4)网络性能(例如吞吐量)在室内无法得到保证，特别是在边缘区域的室内宏用户。首先，由于宏基站离边缘用户的距离较远，宏用户接收信号的大尺度衰落严重。其次，由于室内用户接收信号时的穿墙损耗严重。所以，边缘区域的室内宏用户的信号质量较差，通信质量就不容易得到满足。因此，在商业中心、办公楼以及商场等热点区域，室内解决方式，例如DAS2Femtocell网络中资源分配机制研究(分布式天线系统)和微微小区成为具有吸引力和可行的解决方案，这些室内网络通常是由运营商来部署的。室内解决方案将会改善室内覆盖，分担来自室外宏小区的流量，提高服务质量，并且由于提高了无线链路的性

5、能，使得提高室内用户的通信质量变得容易。在UMTS中，由于采用了室内解决方案，提高了频率使用率，相应的吞吐量也得到了提高。在HSPA／LTE或者WiMAX中，更好的子载波条件可以确保更高的调制编码方式得以使用，因此提供了更加丰富的服务，并且可以进一步推动用户的需求。Femtocell的出现使得LTE可能遇到的室内覆盖问题迎刃而解【5J。在LTE系统中，基站(eNB)是一个综合的功能强大的接入网节点。LTE系统中的femtocell基站因其部署场景与宏基站有很大不同，因此功能上也与上面介绍的eNB有些许的差别。Femtocell的出现很好地解决了LTE室内覆盖的问题，可以

6、为室内用户提供更高的数据速率，增加用户的满意度，同时缓解了宏基站的覆盖压力与容量压力，总体上使得LTE系统的容量大大增加。另外，由于每个femtocell服务的用户数目非常少，femtocell的频率复用率非常高，从而使得提供一种低廉的室内高速数据接入成为可能。未来移动通信系统在标准制定过程中就考虑了femtocell的存在[6】，3GPP与femtocell论坛、Broadcom论坛针对femtocell这项新兴技术在2008年共同推出了首个全球性标准，也就是3GPPR8版本，标准涵盖了四个领域：网络架构、无线干扰问题、管理及规范以及安全问题。R9版本对R8版本中的遗

7、留问题加以实现，主要是增强型需求研究：macrocell向femtocell的切换、支持IMS等。虽然femtocell带来了很多的优势，但是femtocell的引入也给传统蜂窝系统带来了许多的技术挑战。在宏蜂窝系统中引入femtocell系统，将会对传统统一规划的宏蜂窝系统造成重大影响，特别是femtocell网络具有非规划、随机接入等特性，因此在研究femtocell在宏蜂窝网络中的实际部署的时候，将会面对以下几个关键技术问题：干扰管理、资源管理与移动性管理。其中干扰问题是限制网络容量提升的重要因素，同时也是femtocell大规模商