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摘要

可靠性和生存性是无线网络的两个重要特性。特别是随着众多新兴无线网
络和移动数据业务需求的快速增长、用户数目的急剧增加以及无线宽带业务的
与日俱增，有限的无线网络资源能否满足更多人的需求成了迫切需要关注的问
题。因此，通信链路的传输成功率和网络的通话阻塞率等成为研究中的重要指
标。同时，随着全球气候变暖的不断加剧和材料能源的日益稀缺，人们也提出

了绿色通信的概念，网络能量效率成为人们关注的焦点之一。
为了应对上述问题，有必要对无线网络的传输及资源分配进行数学建模，
以分析网络可靠性等参数；另一方面，在此基础上，我们可以对网络的能量效

率建模，以此作为衡量网络性能的重要指标。
本文考虑在femtocell场景下，对网络信道资源分配进行研究，建立不同
状态的马尔科夫链，然后在考虑信道存在路径衰落和阴影效应的情况下，对信

道状况进行建模，推导出femtocell上行链路的信道信干比的概率密度函数
（pdf），进而计算出系统的中断概率。此外，本文还考虑对femtocell网络能量
效率进行数学建模，引入能量消耗比来表征该性能指标，并分别仿真分析。

关键词：马尔科夫链；femtocell网络；路径衰落；阴影效应；能量效率

I
Abstract

Reliabilityandsurvivabilityaretwoimportantcharacteristicsofwireless
networks.Especially,thereisincreasingconcernaboutwhetherlimitedresourcesin
wirelessnetworkscanmeetuser’srequirementwithgrowingdataservicesdemand,
increasingnumberofusersandgrowingwirelessbroadbandservicesinemerging
wirelessandmobilenetworks.Therefore,thetransmissionsuccessprobabilityof
wirelesslinksandthecallblockingprobabilityhavebecomeimportantmetricsin
wirelessnetworkstudy.Meanwhile,withincreasingglobalwarmingandthe
increasingscarcityofenergysources,peoplealsoraisetheconceptofgreen
communications,inwhichthenetworkenergyefficiencyhasbeenbecomeahot
point.
Toaddresstheseproblems,mathematicalmodelingofthetransmissionprocess
andtheresourceallocationinwirelessnetworksisnecessarysoastoanalyze
networkreliabilityandotherfeatures;ontheotherhand,thenetworkenergy
efficiencycanbemodeledasanimportantindicatorinevaluatingnetwork
performance.
Infemtocellnetworks,Consideringdifferenthandoffscenarios,thechannel
occupancyismodeledbyamulti-stateMarkovchain.ThenthepdfofSIRand
outagearederivedbytakingintoaccountwirelesschannelpathfadingand
shadowing.Furthermore,theenergyefficiencyoffemtocellnetworks,indicatedby
theenergyconsumptionrate,isevaluated.Numericalresultsareanalyzedand
discussedforprovidingsomepracticalguidelinesforfuturetelecommunication
engineering.

Keywords:markovchains;femtocellnetworks;pathfading;shadowing;energy
efficiency

II
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