中文摘要：

中继是LTE-Advanced满足ITU IMT-Advanced (4G) 峰值速率要求的关键技术之一。通过在小区边缘布设中继站，可提升小区边缘用户的吞吐量、扩大基站的覆盖范围；同时，与基站相比，中继站具有成本低、发射功率小等优点。但与此同时，中继站也给LTE-Advanced网络带来流量控制和切换方面的严峻挑战。中继传输的已有研究主要从信息论的角度出发，关注多中继协同传输的性能极限，这与LTE-Advanced网络中中继站的应用场景不符。 本项目研究LTE-Advanced中继网络的流量控制和切换，主要研究议题包括中继网络实时呼叫的电信业务分析，中继网络的流量控制策略，流量控制对切换性能的影响，中继网络的预缓存技术。 本项目的研究有利于提早发现问题，为4G移动宽带无线通信系统的标准制定提供技术支技，并早日进行可能的专利布局。

结论摘要：

本项目针对LTE及下一代移动通信网络，研究了三个大类问题LTE-Advanced中继网络的呼叫性能，机器类通信 (MTC) 的随机接入方案，LTE及传统网络的位置管理。 对于第一大类问题，针对LTE-Advanced中继网络的两种不同信道接入方案，即eNB优先方案和中继结点 (RS) 优先方案，我们提出数学模型来评估它们的呼叫掉话性能。获得了呼叫掉话概率的闭合解析公式。这些公式可用于调整呼叫接入控制方案，以便在LTE-Advanced中继网络中获得可接受的掉话性能。 对于第二大类问题，我们研究了MTC的随机接入。MTC通常包含大量的进行小数据传输的设备。为了降低MTC的寻呼开销，人们提出了组寻呼。在组寻呼中，在收到一个组寻呼消息后，同一个寻呼组中的所有设备会同时竞争随机接入信道来传输随机接入请求，因此会引起随机接入信道的拥塞。我们提出两种随机接入方案来应对该挑战。第一个方案称为改进的随机接入立案 (I-RA)。在I-RA方案中，所有的MTC设备被分成簇。每个簇有一个簇头，负责接收簇内成员的短数据包，然后将这些数据包合成一个长数据包，最后再把该长数据包传给基站。第二种方案称为基于预退避的随机接方案 (PBRA)。在PBRA方案中，来自MTC设备的随机入请求被均匀分散到一个预退避窗口中，以应对随机接入拥塞问题。我们提出数据模型来评估这两个方案的性能。 对于第三大类问题，我们研究了LTE及传统移动通信网络的位置管理。为了解决GSM和UMTS的所采用的位置管理方案的缺陷 (该方案在本质上是一种静态方案)，LTE采用了一种动态的位置管理方案，称为基于跟踪区列表 (TAL) 的方案。在该方案中，一个用户设备 (UE) 被分配一组跟踪区 (称为一个TAL)，而不是一个跟踪区。UE可以在该TAL中自由移动而无需进行位置更新。针对本地用户和全局用户，我们提出基于嵌入式马尔科夫链的模型来优化基于TAL的方案的性能。除了基于TAL的方案，我们还将类似的数学方法用于优化基于运动量的位置管理方案及其变种方案。 本项目成果丰硕。特别地，我们在两种IEEE Transactions发表了四篇论文。另外，我们也系统地提出一类新的数学建模方法。该方法应用前景极广，特别是在高度复杂的系统中。