基于隨機幾何的全雙工無線網絡容量分析.pdf

1、近來,先進的物理層技術實現(xiàn)了無線全雙工通信,因此,無線終端可以在同一個頻段上同時發(fā)送和接收信號。與半雙工無線通信技術相比,無線全雙工技術可以使單跳網絡的網絡吞吐量加倍。但是在大規(guī)模無線網絡中,由無線全雙工通信技術帶來的網絡容量增益仍然是一個未解的開發(fā)課題。為了解決這個課題,我們采用隨機幾何工具,分析無線自組織網絡和蜂窩網絡兩種無線網絡中網絡容量增益。
　　針對自組織網絡,其網絡拓撲建模成一個泊松簇生點過程,網絡聚集干擾采用shot

2、-noise過程建模計算。使用傳輸容量概念來衡量最大網絡吞吐量,即在限制中斷概率情況下,單位面積內網絡最大的成功傳輸吞吐量?；谖覀兘⒌哪Ｐ?給出了在三種通信場景下半雙工和全雙工網絡的性能分析。首先,在相同節(jié)點密度和傳輸速率要求的情況下,我們繪制了傳輸吞吐量曲線。結果表明,在低傳輸速率區(qū)間,全雙工通信優(yōu)于半雙工通信;在高傳輸速率區(qū)間,半雙工通信優(yōu)于全雙工通信。其次,在相同網絡節(jié)點密度和中斷概率要求情況下,給出了最大傳輸吞吐量,即傳輸容

3、量,與傳輸速率的關系曲線圖。結果與第一中通信場景一致。最后,對于半雙工和全雙工無線網絡,設定相同的固定傳輸速率和中斷概率要求,給出了通過最大化網絡節(jié)點密度而求得的傳輸容量。結果表明,全雙工網絡傳輸容量始終大于半雙工網絡容量。證明,與半雙工通信相比,全雙工通信的優(yōu)勢是通過創(chuàng)造更多的傳輸機會實現(xiàn)。
　　針對蜂窩網絡,假設全雙工天線安裝在基站上,同時,提出了針對抵消傳輸對之間互干擾的互干擾消除技術。定義了理想互干擾消除技術并假設其在全雙

4、工蜂窩網絡中的基站上實現(xiàn)。網絡拓撲建模成相同點密度的雙層泊松點過程,而網絡聚集干擾使用shot-noise過程來分析。推導了典型上行和下行鏈路的覆蓋概率和平均速率。針對半雙工無線網絡,以及使用或未使用互干擾消除技術的全雙工無線網絡,比較了三種網絡的覆蓋概率和平均速率。在零噪音及非零噪聲兩種場景下運行數(shù)值仿真。在零噪聲場景中,可以給出閉式表達式來描述覆蓋概率,而且其表達式與網絡節(jié)點密度無關。因此,在零噪聲場景情況下,全雙工通信技術的網絡容

5、量增益與網絡節(jié)點密度無關。在非零噪聲場景中,覆蓋概率可以在大尺度衰減參數(shù)為4時表達成閉式公式,并且這個公式使用了Q(x)函數(shù),即標準正態(tài)分布的結尾概率函數(shù)。數(shù)值結果表明,全雙工通信技術的網絡容量增益隨著節(jié)點密度增加而減少。這一點與無線自組織網絡相同。此外,隨著鏈路信噪比增加,全雙工通信技術的網絡容量增益減少。但在基站天線上使用互干擾消除技術后,全雙工通信技術的網絡容量增益明顯增加。因此,來自全雙工通信的網絡容量增益是非常有限的,而且互干