论文研究-中继增强的LTE-A网络中的频谱复用方案研究 .pdf

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中继增强的LTE-A网络中的频谱复用方案研究,褚夫峰,刘涛,本文提出两种基于中继增强的LTE-A网络中频谱复用的资源管理方案,并在此基础上针对干扰分布、带宽分配和吞吐量进行了分析。同时利�
国武技论文在线 息频段 主段 图 频率复用方案 在该方案中,单跳用户接收来自的信号功率,干扰来自于其他个使用相同频段 的基站信号。而对于两跳用户,接收来自发送的信号功率,同时受到其余个小区中 个使用相同频段的和同一小区中号一使用同频段的干扰。由于篇幅所限,只体信 噪比计算公式省略。 新的频率复用方案一记为 本文提出的第一种频率分配方案如图所示。其中,采用方向天线,天线的主 瓣最人功率辐射方向正对区域中心。频带资源被均分为段等宽频带 ,每个方向 天线分别使用其中一个完整的频段。方向天线主瓣最大功率辐射方向的反方向上正对的两个 中继与该方向天线共用同一段频带。 总频段 图 频率复用方案 在该方案中,单跳用户接收到来自的信号功率,而由于使用方向天线,用户仅受到 其他个同频段基站方向天线信号的千扰,但由于每个小区内有两个与方向天线共用相 同频段的,故用户还受到个小区中个同频段的信号千扰。而对于两跳用户, 国武技论文在线 其接收功率来自的发送信号;同时,用户受到个小区中来自基站的同频方向大线信号 的干扰,及其余个小区中个同频段的信号干扰。具体信噪比计算公式省略 新的频率复用方案二(记为 本文提出的第二种频率分配方案如图所示,其中,天线结构与第一种方案一致。整个 频带资源同样被均分为个等宽频带、、,同一区域中的两个中继共用其中一个频段, 该区域中的方向大线使用剩余的两段频带。这样,个、同一个区域中的和 均实现了频凇复用因了为 的三个方向天线的频率复用因了为。 款/额 s8交 图 频率复用方案 在该方案中,单跳用户接收到的来自的信号功率;同时,由于使用方向天线,用户 仅受到其他个同频段基站方向天线信号的干扰,但由于每个小区内有两组与方向天 线共用相同频段的,故用户还受到个小区中个同频段的信号十扰。对」两跳 用户,其受到个小区中来自基站的同频方向天线信号的扰,同时还受到其余个小区 中个同频段的信号扰。具体信噪比计算公式省咯。 资源分配与吞吐量分析 针对上述的频率复用方案,本文提出两种只体的资源分配方案,一种是基于用户均分优 先的动态分配方案,一种是基」基站链路均分优先的动态分氈方案 通过均分 保证带宽分[的公平性,通过动态分配使资源得到更有效地利用,从而提高系统的吞吐量。 在本文中,设定小区可用的总带宽为。下面针对不同的频率复用方案,对采用不同资源 分配方案及吞吐量的计算进行分析 方案 在该方案中,可使用的总带宽 ,每个可使用的总带宽 链路均分优先方案 首先假设所有和直接联系的链路 能够分配相同的带宽,即 则对于第个,其所有 链路需要的总带宽 ∑ 第个对应的 链路最终分配的带宽 国武技论文在线 对应的 链路最终分配带宽 链路最终分配的带宽 ∑ 用户均分优先方案 首先假设小区内和用户直接联系的链路 能分配相同的带宽,即 ∑∑ 则对于第个,其 所有链路需要的总带宽 第个对应的 链路最终分的带宽 链路最终分配带宽 ∑∑ 方案 基」该方案,的方向天线可使用的总带宽 与该方向大线相背对的 两个可使用的总带宽 链路均分优先方案 首先假设所有和直接联系的所有链路能够使用相同的带宽,即 则对于第φ(φ )个频段下的个,其 所有链路需要的总带宽 第夕个对应的 链路最终分配的带宽 国武技论文在线 对应的 链路最终分配带宽 第λ个区域中 链路最终分配的带宽 用户均分优先方案 首先假设小区内和用户直接联系的链路 能分配相同的带宽,即 +∑∑ 则对于第φ(9)个频段下的个,其 所有链路需要的总带宽 ∑ 第9个对应的 链路最终分配的带宽 第λ个区域中 链路最终分配带宽 ∑ 方案 链路均分优先方案 首先假设所有和直接联系的链路 能够分配相同的带宽,即 则对」第λA=个区域下的个,其所有 链路需要的总带宽 ∑ 第λ个对应的 链路最终分配的带宽 对应的 链路最终分配带宽 链路最终分配的带宽 国武技论文在线 用户均分优先方案 首先假设小区内和用户直接联系的链路 能分配相同的带宽,即 +∑∑ 则对于第λ2= 个区域下的个,其 所有链路需要的总带宽 第兀个对应的 链路最终分配的带宽 链路最终分配带宽 仿真结果 仿真环境与参数 本文所进行的系统仿真中,研究个三叶草形小区组成的系统。小区半径为米, 载波频率为,带宽为 。每个小区随机分布位用户。 链路采用 视距()的路损信道模型,路损计算公式为 其余链路采用 非视距()的嵱损信道模型,路损公式为 和方案中,的方向天线采用空间仿貞信道模型,扇区天线的方向图为 其中,θ为带宽角,值为 为最大衰落,值为 具体的仿貞参数见衣 表系统仿真参数 参数 参数值 小区数量 每个小区区域数 带宽 载波频率 小区半径 发射功率 发射功粼 (全向)大线增益 (方向)天线增益 天线增益 国武技论文在线 仿真结果与讨论 图所小为小区的总吞吐量与 之间的关系曲线,其中,为小区半径 为与其所在区域六边形中心的距离。分配方案为链路带宽均分优先 分配方案为用户链路带宽均分优先 从图中可以看出,对于方案,小区吞吐 量在 左右达到最大值,此时,与的距离为 (为小区 半径);对于和方案,小区吞吐量在 左右达到最大值,此时,与 的距离为 (为小区半径)。和两种方案能够显著提高小区 的吞吐量,分别达到小区吞吐量的约倍和倍。此外,针对同一频率复用方案,两 种资源分配方案计算得到的小区系统吞吐量比较接近。 10 BAP Scheme MAP scheme 中— FR 一+FR 0.9 图小区吞吐量与关系图 图为 (即与的距离为 其中为小区半径)时,采用不同 频率复用方案,两种资源分配方案下用户实际使用带宽的统计慨率曲线。可以看到, 和的用户实际使用带宽成递埤关系,平均值如表所示,这也在一定稈度上反映 了图的结果。同时,针对两种资源分配方案,链路带宽均分优先()方案下,虽然与 基站直接联系的 和 链路的带宽可以实现较公平地分配,但用户实际使用带宽 的公平性较差,而用户带宽均分优先方案下用户实际使用带的公平性较好。 国武技论文在线 09 -| FFR 06 干R1 041 0.3 ←FR 2 0.1 BAP Scheme MAP Scheme 图用户实际带宽统计概率曲线( 表不同分配方案下用户平均实际使用带宽() 链路均分优先 用户均分优先 图所示为小区用户的统计概率曲线,其中 从图中可以看出, 方案下,用户的要高于和两种方案,其中方案的用户较低。考 虑到方案频率资源的复用率低,用户接收到的同频干扰较小;同时小区面积较小,中 继的引入很好的提高了边缘用户的信号质量,因此,较高。与之相反, 和 提高了小区的频率复用因子,因此,单跳和双眺用户的干扰源数量都比方案有明显增 加;方向天线的引入増加了用户接收信号的能量,同时乜増加了用户所受干扰的能量,尤其 对于方案,单眺用户受到来自个基站的「扰,因此,明显降低。 方案则 在和中实现相对的平衡,既增加了小区吞吐量,用户的未有明显降低。 0.8 FFR FR-1 图 统计概率曲线 衣汇总了 和种方案下,各基站和中继实际联系的用 国武技论文在线 户比例。从仿真数据可以看出,小区用户能够得到较为合理的分。 表不同分配方案下与连接用户比例( 结论 本文提出了两种基于中继增强的网络资源管理和频率复用方案,并与传统的基于中继的 资源管理和频率复用方案进行对比 方案能够在几乎不减弱用户信噪比的前提下将系 统的吞吐量提高倍; 方案虽然能够眀显提晑系统昋吐量,但是以用户信噪比的降低 为代价的。由于本文仪对資源分配管理进行了研究,路由采用的是比较接收功率强度的简单 路由方案,因此,下一步将在本文提出的频谱复用方案的基础上研究路由的优化问题,从而 可以提出进一步提高系统的性能 参考文献

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