基于随机几何的异构蜂窝网络干扰管理研究

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在当前的异构蜂窝网络中,干扰是限制其性能提升的一个主要因素,因而急需对其进行有效的管理。本文从下行异构蜂窝网络中不同种类通信间的相互干扰管理问题出发,提出基于排斥区域的干扰管理策略,并利用随机几何理论建立与所提策略相匹配的网络模型对其有效性进行充分评估。具体内容如下:首先,在设备到设备(Device-to-Device,D2D)与传统蜂窝通信构成的异构蜂窝网络中,本文提出基于排斥区域的干扰管理策略以同时抑制D2D与蜂窝用户在两种通信制式共享频谱时所受的干扰。在此基础上,考虑混合频谱分配方案,即为排斥区域外的边缘用户分配一段独立频谱以进一步抑制其所受D2D通信的干扰。在所提策略下,将基站和D2D发射机分别建模为泊松点过程和泊松洞过程,而因后者在空间分布上不具有相互独立特性,导致基于该点过程建模的节点干扰难以精确分析。因此,分别推导了两种频谱方案下排斥区域内的中心用户和D2D用户成功概率的理论界和近似结果及边缘用户在共享频谱下的理论界和在混合分配下的精确解。利用上述结果,进一步分析了网络区域频谱效率。结果表明,所提策略在两种频谱分配下均能有效地抑制D2D与蜂窝通信之间的相互干扰。其次,将基于排斥区域的干扰管理思想进一步应用到无人机和地面基站构成的异构蜂窝网络中以降低无人机和地面蜂窝通信间的相互干扰。为了评估所提策略的有效性,将地面基站和无人机在地面上的投影分别建模为泊松点过程和泊松洞过程,并给出理论界及近似的性能分析方法。具体地,考虑两种无人机服务用户的情况,即无人机悬停于用户正上方通过视距链路为其服务,以及无人机悬停于随机的某一高度上且用户接入距其水平距离最近的无人机。在前者中,推导了地面基站以及无人机服务用户的成功概率的理论界和近似结果;而在后者中,提出了基于划分区域的用户接入制式,分析了用户的接入概率及其服务距离分布,进一步给出了用户成功概率的近似结果。结果表明,与无干扰管理场景相比,所提策略在这两种情况下均能有效地抑制无人机通信与地面蜂窝通信之间的相互干扰。综上,本文所得结果为异构蜂窝网的干扰管理研究提供了非常有价值的理论指导。
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