面向用户个体感知的毫米波网络深度分析与优化研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:slchen168
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毫米波由于其丰富的频带资源受到第五代(Fifth Generation,5G)/超五代(Beyond Fifth Generation,B5G)无线通信的广泛关注,然而其短传输距离等特性令其潜力难以发挥。由此,毫米波下垫式设备直通(Device-to-Device,D2D)蜂窝与无人机辅助这两种可拓展毫米波信号覆盖和改善信号传播环境的新兴网络成为重要的5G/B5G通信场景。5G/B5G通信愿景是期望个体用户能在任意时刻与地点均可实现令其满意的感知体验,特别是在具有严格可靠性或时延约束的新型应用场景中。然而,传统毫米波网络研究通常基于理论分析或系统级仿真等方法得到给定网络部署下全体用户的平均性能,从全网用户整体感知性能体验的视角上粗粒度地分析毫米波网络,难以刻画个体用户的感知性能,无法适用于5G/B5G新型应用场景。针对该问题,本文基于元分布这一深度性能指标,利用随机几何工具研究毫米波网络中不同个体用户感知约束下的传输可靠性与有效性性能,面向个体用户感知对目标网络进行深度分析与优化研究。具体内容如下:首先,本文针对毫米波下垫式D2D蜂窝网络,深度分析了给定用户感知约束条件下个体用户传输可靠性和速率性能的元分布(或链路占比),探究了毫米波下D2D与蜂窝通信模式之间的相互作用及关键参数配置对个体用户性能的影响。考虑波束完美和不完美对准两种情况,分别推导出Nakagami衰落下个体用户条件成功概率的各阶矩和信干噪比(Signal-to-Interference-plus-Noise Ratio,SINR)元分布的理论上界以及相关性能指标。此外,当节点密度趋于无穷时,SINR元分布的渐进结果直接表明超密集基站使得蜂窝链路可靠性仅与天线增益、衰落与噪声相关。研究结果验证了所提理论界的紧致性,揭示毫米波相关参数如天线增益、Nakagami参数等对目标网络的链路和网络性能的影响。其次,本文针对毫米波无人机网络,结合遮挡效应和Nakagami衰落等空地通信特性,提供了基于SINR元分布的深度分析。考虑无人机定向波束对准覆盖和垂直波束覆盖两种天线辐射方案,分别得到SINR元分布与空间中断容量的理论上界。研究发现,相比地面通信,无人机通信通过调整高度及密度可最大化满足给定可靠性约束的链路网络占比与容量,以灵活地优化个体用户感知性能。此外,相比于保证全覆盖的定向波束对准覆盖方案,垂直波束覆盖方案更适用于密集与高空无人机部署。综上,本文为如何面向个体用户感知对5G与B5G新型应用场景的性能进行精细分析提供了参考,所得结果为有效应用毫米波通信提供了有价值的理论指导。
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