中繼增強蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的頻譜分配及復用劃分技術(shù)

1、Communications 中繼增強蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的頻譜分配及復用劃分技術(shù)介紹基本假設(shè)及系統(tǒng)模型:在每個小區(qū)放置六個固定中繼節(jié)點 (FRN)，其到基站(BS)的距離為優(yōu)化目標移動終端(MS)可以直接和BS通信，也可以通過中繼節(jié)點經(jīng)過兩跳和BS通信 同構(gòu)的固定中繼節(jié)點，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)級仿真平臺中采用19個蜂窩小區(qū)場景BS和FRN都采用全向天線MS 在每個小區(qū)均勻分布，且系統(tǒng)滿負載 主要目標主要目標: 研究中繼蜂窩小區(qū)中的頻譜分配方案及其對系統(tǒng)性能的影響 優(yōu)化不同設(shè)計目標下中繼節(jié)點的放置位置 論證基站和中繼節(jié)點之間的鏈路質(zhì)量對整個系統(tǒng)

2、性能的重要性 基于復用劃分的頻率分配 基本思想是將復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用因子，以提高頻譜利用效率同時頻帶使用不同的復用因子，以提高頻譜利用效率同時進行有效的小區(qū)間干擾管理進行有效的小區(qū)間干擾管理 對不同的復用因子的組合方案進行理論分析和仿真結(jié)對不同的復用因子的組合方案進行理論分析和仿真結(jié)果表明，最佳的復用劃分的方案如左圖所示果表明，最佳的復用劃分的方案如左圖所示 三個小區(qū)組成一簇，在每簇中系統(tǒng)可用頻帶分成正交三個小區(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部分在每個小區(qū)被用于部分在每個小區(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用劃分的頻率分配 仿真結(jié)果顯示，我們所提出的基于復用劃分的方案仿真結(jié)果顯示，我們所提出的基于復用劃分的方案(RRP)在中繼節(jié)點放置在在中繼節(jié)點放置在0.6R時獲得最高時獲得最高的小區(qū)容量的小區(qū)容量 RRP方案相對于傳統(tǒng)的復用劃分方案方案相對于傳統(tǒng)的復用劃分方案(TRP)(沒有配置中繼節(jié)點沒有配置中繼節(jié)點

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基于復用劃分的頻率分配 同時，對于小區(qū)邊緣的移動終端，其信干比同時，對于小區(qū)邊緣的移動終端，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小區(qū)組成一簇，其中BS-MS及FRN-MS鏈路所用的頻率復用因子為3，而BS-FRN鏈路所用的頻率復用因子為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 兩個小區(qū)兩個小區(qū)組成一簇，其中BS-MS及FRN-MS鏈路所用的頻率復用因子為頻率復用因子為2，而BS-FRN鏈路所用的頻率復用因子為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)的無中繼網(wǎng)絡(luò)，移動終端具有最好的信干比絡(luò)，移動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，雖然同時，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) 四個小區(qū)組成一簇，其中BS-MS及FRN-MS鏈路所用的頻率復用因子為1，而BS-FRN鏈路所用的頻率復用因子為頻率復用因子為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) 三個小區(qū)組成一簇，其中三個小區(qū)組成一簇，其中BS-MS及及FRN-MS鏈路所用的頻率復用因子為鏈路所用的頻率復用因子為1，而，而BS-FRN鏈路所用的頻率復用因子為鏈路所用的頻率復用因子為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，當仿真結(jié)果顯示，當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)無中繼網(wǎng)絡(luò)，小區(qū)邊界用戶的，相比于傳統(tǒng)無中繼網(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）獲得少量增益點）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)來保證因此，為保證中繼增強蜂窩網(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 對小區(qū)間干擾的控制是在多小區(qū)環(huán)境下研究無線資源劃分以支對小區(qū)間干擾的控制是在多小區(qū)環(huán)境下研究無線資源劃分以支持中繼站運作的一個重要方面，而將復用劃分技術(shù)應(yīng)用到中繼持中繼站運作的一個重要方面，而將復用劃分技術(shù)應(yīng)用到中繼加強的蜂窩系統(tǒng)中，可以進行靈活的干擾管理從而提高系統(tǒng)性加強的蜂窩系統(tǒng)中，可以進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)點的鏈路質(zhì)量對中繼蜂窩網(wǎng)絡(luò)的性能影響極大，基站到中繼節(jié)點的鏈路質(zhì)量對中繼蜂窩網(wǎng)絡(luò)的性能影響極大，需要在系統(tǒng)設(shè)計和規(guī)劃中考慮如何對基站和中繼站鏈路實施加需要在系統(tǒng)設(shè)計和規(guī)劃中考慮如何對基站和中繼站鏈路實施加強，如將中繼站布置到可與基站實現(xiàn)直達波連接的位置強，如將中繼站布置到可與基站實現(xiàn)直達波連接的位置THANK YOU! THE END 參考文獻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