密集动态时分双工网络中资源与业务的适配技术研究

Time division duplex (TDD) based dense networks can satisfy the ever-increasing demand for high-data-rate services by exploiting the spatial frequency reuse achieved by network densification and the flexible traffic adaptation capability achieved by dynamic TDD scheme, and is regarded as one promising approach for future wireless networks. In this project, we study traffic adaptation technique in dynamic TDD networks. We develop an analytical framework to model the complicated interference distribution, so as to examine the impacts of interferer properties, channel propagation model, traffic bursty and UL/DL configuration on the network interference distribution. Based on this, we evaluate the network coverage probability and transmission capacity, and determine the key factors that affect the network performance. Furthermore, we propose interference mitigation method to jointly delete the cross-frame interference and co-frame interference. We first design a traffic and interference aware based cell clustering algorithm to improve the network resource utilization when mitigating the cross-frame interference. Then, we combine with the coordinated multiple points transmission (CoMP) scheme to mitigate the strong co-frame interference within each cluster. At last, traffic adaptation is achieved by optimizing the UL/DL configuration within each cluster. The achievements of this project will provide necessary theoretical and technical supports for future dynamic TDD based dense networks.

利用基站密集化带来的频率复用增益和动态时分双工机制提供的灵活的业务适配能力，密集动态时分双工网络可以满足人们对高速率业务的需求，成为未来网络发展的重要形态。本项目旨在探索密集动态时分双工网络的资源与业务适配技术，通过对网络的复杂干扰形态进行建模，揭示干扰源多维属性、信道传播模型、业务突发特性和子帧配置方案等与网络干扰分布的本质关系，并在此基础上评估网络的覆盖率和传输容量性能，确定影响网络性能的关键要素。进一步，设计交叉子帧干扰和同向强干扰的联合消除方法，首先提出业务与干扰双重感知的基站分簇策略，使得在消除交叉子帧干扰的同时，提升网络资源的利用率，然后联合协作多点传输技术消除网络的同向强干扰，最终通过基于簇的子帧配置方案的优化，实现业务与资源的适配。本项目为密集动态时分双工网络的资源分配方案设计提供了理论和实验基础。

密集动态时分双工网络通过密集部署基站和采用动态时分双工机制，可满足人们对高速率业务的需求，成为未来网络发展的重要形态。为了充分利用动态时分双工机制的增益，本项目开展了复杂干扰对网络性能的制约机理、交叉子帧干扰与同向干扰的相互转化机理等科学问题的研究工作，突破了密集动态时分双工网络中资源与业务的适配难题，取得如下研究成果：. 1）基于随机几何理论提出了一种适用于密集动态时分双工网络的干扰分布建模方法，建立了一个统一的理论分析框架来评估网络的覆盖率和传输容量等性能指标，定量分析了信道模型、基站密度、上下行子帧配置方案、业务强度等对网络性能的影响，揭示了复杂干扰形态对网络性能的制约机理，为密集动态时分双工网络的部署提供了指导建议。. 2）提出了一种干扰强度和业务分布联合感知的基站动态分簇方法，削弱了采用不同子帧配置方案的小区间的交叉子帧干扰。针对小区内业务与资源的不匹配问题，进一步提出了一种部分用户的二次关联策略，提升了网络资源的利用率。同时，研究了基站动态分簇开销与网络性能增益的折衷关系，构建效用函数对基站分簇周期进行了优化。. 3）联合基站分簇和协作多点传输技术，提出了一种交叉子帧干扰和同向强干扰的联合消除方法，揭示了交叉子帧干扰与同向干扰的相互转化机理，定量分析了簇大小、基站天线数和子帧配置方案对网络性能的影响，为密集动态时分双工网络的干扰管控技术的实际应用提供了理论基础。. 项目执行期间在国际重要期刊和会议上发表论文14篇，其中期刊论文4篇，会议论文10篇，授权发明专利3项，申请发明专利11项。