中繼增強(qiáng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的頻譜分配及復(fù)用劃分技術(shù)

1、Communications 中繼增強(qiáng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的頻譜分配及復(fù)用劃分技術(shù)介紹基本假設(shè)及系統(tǒng)模型:在每個(gè)小區(qū)放置六個(gè)固定中繼節(jié)點(diǎn) (FRN)，其到基站(BS)的距離為優(yōu)化目標(biāo)移動(dòng)終端(MS)可以直接和BS通信，也可以通過(guò)中繼節(jié)點(diǎn)經(jīng)過(guò)兩跳和BS通信 同構(gòu)的固定中繼節(jié)點(diǎn)，即MS和FRN，MS和BS ，F(xiàn)RN和BS之間的鏈路共享所有可用的頻譜帶寬在系統(tǒng)級(jí)仿真平臺(tái)中采用19個(gè)蜂窩小區(qū)場(chǎng)景BS和FRN都采用全向天線MS 在每個(gè)小區(qū)均勻分布，且系統(tǒng)滿負(fù)載 主要目標(biāo)主要目標(biāo): 研究中繼蜂窩小區(qū)中的頻譜分配方案及其對(duì)系統(tǒng)性能的影響 優(yōu)化不同設(shè)計(jì)目標(biāo)下中繼節(jié)點(diǎn)的放置位置 論證基站和中繼節(jié)點(diǎn)之間的鏈路質(zhì)量對(duì)整個(gè)系統(tǒng)

2、性能的重要性 基于復(fù)用劃分的頻率分配 基本思想是將復(fù)用劃分的概念引入到中繼蜂窩網(wǎng)絡(luò)的基本思想是將復(fù)用劃分的概念引入到中繼蜂窩網(wǎng)絡(luò)的頻譜分配中頻譜分配中 即用于即用于BS-MS，BS-FRN鏈路和用于鏈路和用于FRN-MS鏈路的鏈路的頻帶使用不同的復(fù)用因子，以提高頻譜利用效率同時(shí)頻帶使用不同的復(fù)用因子，以提高頻譜利用效率同時(shí)進(jìn)行有效的小區(qū)間干擾管理進(jìn)行有效的小區(qū)間干擾管理 對(duì)不同的復(fù)用因子的組合方案進(jìn)行理論分析和仿真結(jié)對(duì)不同的復(fù)用因子的組合方案進(jìn)行理論分析和仿真結(jié)果表明，最佳的復(fù)用劃分的方案如左圖所示果表明，最佳的復(fù)用劃分的方案如左圖所示 三個(gè)小區(qū)組成一簇，在每簇中系統(tǒng)可用頻帶分成正交三個(gè)小區(qū)組

3、成一簇，在每簇中系統(tǒng)可用頻帶分成正交的四部分的四部分 圖中的圖中的FBS部分在每個(gè)小區(qū)被用于部分在每個(gè)小區(qū)被用于BS-MS及及BS- FRN鏈路的通信鏈路的通信 圖中的圖中的FFRNA，F(xiàn)FRNB，F(xiàn)FRNC部分被小區(qū)部分被小區(qū)A，B，C用用于各自于各自FRN-MS鏈路間的通信鏈路間的通信基于復(fù)用劃分的頻率分配 仿真結(jié)果顯示，我們所提出的基于復(fù)用劃分的方案仿真結(jié)果顯示，我們所提出的基于復(fù)用劃分的方案(RRP)在中繼節(jié)點(diǎn)放置在在中繼節(jié)點(diǎn)放置在0.6R時(shí)獲得最高時(shí)獲得最高的小區(qū)容量的小區(qū)容量 RRP方案相對(duì)于傳統(tǒng)的復(fù)用劃分方案方案相對(duì)于傳統(tǒng)的復(fù)用劃分方案(TRP)(沒有配置中繼節(jié)點(diǎn)沒有配置中繼節(jié)點(diǎn)

4、),以及傳統(tǒng)的蜂窩小區(qū)，小區(qū)以及傳統(tǒng)的蜂窩小區(qū)，小區(qū)容量容量(Mbits/s) 可獲得約可獲得約30%和和45%的增益的增益0.10.150.20.250.30.350.40.450.50.550.65055606570758085R1/RCell Capacity (Mbits/s)RRP scheme: 1,1,3TRP schemeconventional cellular network基于復(fù)用劃分的頻率分配 同時(shí)，對(duì)于小區(qū)邊緣的移動(dòng)終端，其信干比同時(shí)，對(duì)于小區(qū)邊緣的移動(dòng)終端，其信干比(SIR)在在RRP方案中相比方案中相比TRP和傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)增和傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)增加約加約8-12dB00

5、.20.40.60.810102030405060708090100r/RSIR (dB)RRP-0.4R schemeRRP-0.6R schemeTRP schemeconventional cellular network BCABACABBCACABCCABC7891213141 26354111015171819202116126354232425262722126354 BBBBBBBBBBBAAAAAAAA7111213126354109148161718192015126354“基于覆蓋面積”和“基于頻譜效率”的頻率分配“基于覆蓋面積”的頻譜分配方案(如左圖所示)主要目的是增加

6、高速率用戶的覆蓋范圍三個(gè)小區(qū)組成一簇，其中BS-MS及FRN-MS鏈路所用的頻率復(fù)用因子為3，而BS-FRN鏈路所用的頻率復(fù)用因子為1 假設(shè)BS-FRN鏈路通信質(zhì)量較好，為視距(LOS)傳輸 “基于頻譜效率”的頻譜分配方案(如右圖所示)主要目的是增加面積頻譜利用效率 兩個(gè)小區(qū)兩個(gè)小區(qū)組成一簇，其中BS-MS及FRN-MS鏈路所用的頻率復(fù)用因子為頻率復(fù)用因子為2，而BS-FRN鏈路所用的頻率復(fù)用因子為1 假設(shè)BS-FRN鏈路通信質(zhì)量較好，為視距為視距(LOS)傳輸傳輸“基于覆蓋面積”和“基于頻譜效率”的頻率分配 仿真結(jié)果顯示，仿真結(jié)果顯示，“基于覆蓋面積基于覆蓋面積”的分配方案相比于其他頻率分配

7、方案或傳統(tǒng)的無(wú)中繼網(wǎng)的分配方案相比于其他頻率分配方案或傳統(tǒng)的無(wú)中繼網(wǎng)絡(luò)，移動(dòng)終端具有最好的信干比絡(luò)，移動(dòng)終端具有最好的信干比(SIR)表現(xiàn)，即在給定表現(xiàn)，即在給定SIR要求下，該方案可以提供最大的要求下，該方案可以提供最大的覆蓋面積覆蓋面積1.522.533.544.5500.10.20.30.40.50.60.70.80.91ASE(Bits/Sec/Hz/Km2)CDFchannel-borrowing based schemecoverage-oriented schemeefficiency-oriented schemeconventional system without rela

8、ying“基于覆蓋面積”和“基于頻譜效率”的頻率分配 而而“基于頻譜效率基于頻譜效率”的頻率分配方案，相比于其他方案和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，可以獲得更大的面積的頻率分配方案，相比于其他方案和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，可以獲得更大的面積頻譜利用效率（如右圖所示）頻譜利用效率（如右圖所示） 同時(shí)，雖然同時(shí)，雖然“基于覆蓋面積基于覆蓋面積”的分配方案定位于增加高速率的覆蓋范圍，但相比于其他分的分配方案定位于增加高速率的覆蓋范圍，但相比于其他分配方案（如頻帶借用方案）和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，其頻譜效率也獲得了極大的增加配方案（如頻帶借用方案）和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，其頻譜效率也獲得了極大的增加BS-FRN鏈路在鏈路在NLOS信道條件下的頻率分配信道條件

9、下的頻率分配 DBDBDDBDDBDCACAACAC176515 1416191718234127654398101311 127652726283129 3023476521 20222523 2423411 CABCBABCCABABCAABCA11176515 141619171823427654321 20222523 2427654398101311 12 方案1 (如左圖所示) 四個(gè)小區(qū)組成一簇，其中BS-MS及FRN-MS鏈路所用的頻率復(fù)用因子為1，而BS-FRN鏈路所用的頻率復(fù)用因子為頻率復(fù)用因子為4 假設(shè)BS-FRN鏈路通信為非視距非視距(NLOS)傳傳輸輸 方案方案2 (如

10、右圖所示如右圖所示) 三個(gè)小區(qū)組成一簇，其中三個(gè)小區(qū)組成一簇，其中BS-MS及及FRN-MS鏈路所用的頻率復(fù)用因子為鏈路所用的頻率復(fù)用因子為1，而，而BS-FRN鏈路所用的頻率復(fù)用因子為鏈路所用的頻率復(fù)用因子為3 假設(shè)假設(shè)BS-FRN鏈路通信為非視距鏈路通信為非視距(NLOS)傳傳輸輸 01020304000.20.40.60.81SIR(dB)CDFour scheme Iour scheme IIconventional system withoutrelayingchannel-borrowing based schemeBS-FRN鏈路在鏈路在NLOS信道條件下的頻率分配信道條件下的頻

11、率分配 仿真結(jié)果顯示，當(dāng)仿真結(jié)果顯示，當(dāng)BS-FRN鏈路質(zhì)量得不到保證，如處于鏈路質(zhì)量得不到保證，如處于NLOS信道條件，中繼蜂窩網(wǎng)絡(luò)的信道條件，中繼蜂窩網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)性能將收到極大影響系統(tǒng)性能將收到極大影響 我們的分配方案我們的分配方案1和方案和方案2，相比于傳統(tǒng)無(wú)中繼網(wǎng)絡(luò)，小區(qū)邊界用戶的，相比于傳統(tǒng)無(wú)中繼網(wǎng)絡(luò)，小區(qū)邊界用戶的SIR（參考左圖（參考左圖5%的的CDF點(diǎn)）獲得少量增益點(diǎn)）獲得少量增益 11.522.5300.20.40.60.81Area spectral efficiency (Bits/Sec/Hz/Km2)CDFconventional system without rela

12、yingchannel-borrowing based schemeour scheme Iour scheme IIBS-FRN鏈路在鏈路在NLOS信道條件下的頻率分配信道條件下的頻率分配 我們的分配方案我們的分配方案1和方案和方案2，平均面積頻譜效率均低于傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)（如右圖所示），平均面積頻譜效率均低于傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)（如右圖所示） 因此，為保證中繼增強(qiáng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)信能，必須采用一些措施或技術(shù)來(lái)保證因此，為保證中繼增強(qiáng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)信能，必須采用一些措施或技術(shù)來(lái)保證BS-FRN鏈路鏈路的質(zhì)量，如把的質(zhì)量，如把FRN的天線放在高處以保證的天線放在高處以保證BS-FRN之間的之間的LOS信道條

13、件或采用定向天線等信道條件或采用定向天線等結(jié)論 靈活的頻率域資源分配和復(fù)用劃分概念的引入可以顯著的提高靈活的頻率域資源分配和復(fù)用劃分概念的引入可以顯著的提高中繼蜂窩網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)性能中繼蜂窩網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)性能 對(duì)小區(qū)間干擾的控制是在多小區(qū)環(huán)境下研究無(wú)線資源劃分以支對(duì)小區(qū)間干擾的控制是在多小區(qū)環(huán)境下研究無(wú)線資源劃分以支持中繼站運(yùn)作的一個(gè)重要方面，而將復(fù)用劃分技術(shù)應(yīng)用到中繼持中繼站運(yùn)作的一個(gè)重要方面，而將復(fù)用劃分技術(shù)應(yīng)用到中繼加強(qiáng)的蜂窩系統(tǒng)中，可以進(jìn)行靈活的干擾管理從而提高系統(tǒng)性加強(qiáng)的蜂窩系統(tǒng)中，可以進(jìn)行靈活的干擾管理從而提高系統(tǒng)性能能 根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)的不同，可以采取不同的頻譜分配方案，從而改根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)的

14、不同，可以采取不同的頻譜分配方案，從而改善系統(tǒng)的覆蓋或提高系統(tǒng)的頻譜利用效率善系統(tǒng)的覆蓋或提高系統(tǒng)的頻譜利用效率 基站到中繼節(jié)點(diǎn)的鏈路質(zhì)量對(duì)中繼蜂窩網(wǎng)絡(luò)的性能影響極大，基站到中繼節(jié)點(diǎn)的鏈路質(zhì)量對(duì)中繼蜂窩網(wǎng)絡(luò)的性能影響極大，需要在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和規(guī)劃中考慮如何對(duì)基站和中繼站鏈路實(shí)施加需要在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和規(guī)劃中考慮如何對(duì)基站和中繼站鏈路實(shí)施加強(qiáng)，如將中繼站布置到可與基站實(shí)現(xiàn)直達(dá)波連接的位置強(qiáng)，如將中繼站布置到可與基站實(shí)現(xiàn)直達(dá)波連接的位置THANK YOU! THE END 參考文獻(xiàn)1 T. Liu, M. Rong, H. Shi, D. Yu, Y. Xue and E. Schulz, “Reuse partitioning in fixed two-hop cellular relaying network”, In Proc. IEEE WCNC06. 2 P. Li, M. Rong, T. Liu, Y. Xue, D. Yu and E. Schulz, “Reuse partitioning based frequency planning for cellular network with two-hop fixe