星地一体化网络基于资源分配的干扰协调技术研究

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ITU(International Telecommunication Union)提出下一代网络(Next Generation Network,NGN)能兼容现有的各种技术,为用户提供多样的服务。星地一体化网络作为下一代网络的重要部分,是实现任何人(Anyone)在任何地方(Anywhere)、任何时候(Anytime)进行任何业务(Anything)通信的高效解决方案,也是当前学术界的研究热点。因此,本文以用于卫星移动服务的S波段为切入点,以星地一体化系统为载体,研究基于资源分配的干扰协调技术。首先,本文基于ITU对星地一体化网络和混合星地网络的相关定义,介绍卫星IMT-Advanced(International Mobile Telecommunications-Advanced)系统的服务场景,结合具体的服务场景对星地一体化网络以及混合星地网络的体系架构、工作原理进行对照,梳理了星地一体化网络的关键技术。此外,本文总结了星地一体化系统中的两种资源分配方式,并简要介绍了自适应资源分配原理及注水算法,为后续研究奠定理论基础。其次,针对由星地频谱共享技术引发的卫星与地面组件的同频干扰问题,本文首先分类归纳了所有的干扰场景,确定主要干扰路径为卫星上行链路。在此基础上,提出了基于禁区的干扰协调方案,仿真结果显示所提方案能明显降低组件间干扰,增大系统容量。为了估计地面网络可用带宽,提出了基于干扰源位置的估计方法,根据禁区宽度及禁区重叠层数将地面终端分布位置分类,采用蒙特卡洛仿真和全概率公式计算地面网络可用带宽。仿真结果显示禁区宽度增大会减少地面网络的可用带宽,因此应充分权衡系统干扰大小和频谱效率来决定禁区宽度。最后,本文提出了“卫星-波束-用户”的动态资源分配算法。首先验证了现有的单一资源分配方案的有效性,针对其缺陷和不足,在卫星-波束层面,提出了基于业务需求的功率带宽联合优化分配算法,将波束间干扰、信道条件差异以及时延因素考虑进资源分配模型,根据拉格朗日对偶理论和次梯度迭代的方法求得最优解。所提算法能在有限资源的限制下尽可能满足各点波束的业务需求,最大化系统总容量,根据各点波束的业务需求、信道环境自适应分配资源。在波束-用户层面,将点波束的容量作为该波束内部用户资源分配的容量上限,在混合业务场景下,提出了一种基于业务公平性和效用最大化的用户资源分配算法。与传统算法对比,该算法能最大化系统总效用,并且具有较好的灵活性和公平性。
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