蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)的頻率規(guī)劃及協(xié)議設(shè)計(jì).pdf

1、蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)作為一種經(jīng)濟(jì)、新穎的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方案,通過把"多跳"技術(shù)融入現(xiàn)有蜂窩網(wǎng)絡(luò)(又稱為傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)),縮短了通信節(jié)點(diǎn)間的通信距離,提高了通信鏈路的鏈路質(zhì)量和信道容量,從而有效地滿足下一代移動通信系統(tǒng)對大范圍內(nèi)高數(shù)據(jù)速率業(yè)務(wù)的覆蓋需求. 論文從系統(tǒng)級的角度對蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行了探討,重點(diǎn)研究了同質(zhì)空中接口兩跳固定中繼蜂窩網(wǎng)絡(luò)的頻率規(guī)劃及介質(zhì)訪問控制(MAC)協(xié)議設(shè)計(jì)問題.利用中繼網(wǎng)絡(luò)的各跳鏈路特性,提出了適用于兩跳固定中繼蜂窩

2、網(wǎng)絡(luò)的小區(qū)內(nèi)頻譜分割方案及小區(qū)間的頻率規(guī)劃方案,并結(jié)合IEEE 802.16執(zhí)行委員會對將中繼技術(shù)融合進(jìn)IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)的要求,提出了適用于蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議機(jī)制. 頻率規(guī)劃是一種被廣泛接受的、經(jīng)濟(jì)的提高無線網(wǎng)絡(luò)性能的手段.在蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)中,由于多跳鏈路的存在,需要額外的頻率資源分配給中繼站(又稱為中繼節(jié)點(diǎn))用于中繼鏈路(中繼站與移動終端間的鏈路稱為中繼鏈路)的數(shù)據(jù)傳輸.現(xiàn)有蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的頻率規(guī)劃方案已經(jīng)不能滿足新

3、的蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)的需求,特別是在同質(zhì)空中接口的蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)中,在一個(gè)小區(qū)內(nèi)部,基站與直連的一跳終端間鏈路、基站與中繼站間鏈路及中繼鏈路共享整個(gè)系統(tǒng)的頻譜資源,怎樣分配和復(fù)用這些資源,在取得容量、覆蓋增益的同時(shí)把干擾控制在一定范圍之內(nèi),是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的工作. 文獻(xiàn)[62]提出了基于信道借用的頻率規(guī)劃方案,并通過計(jì)算機(jī)仿真研究了其下行鏈路性能.本文對信道借用的頻率規(guī)劃進(jìn)行了更深入的研究,包括對基站和中繼站的上行鏈路的信干比及系統(tǒng)平均

4、頻譜效率的分析,并給出了中繼站的天線高度和中繼站的覆蓋范圍對上行鏈路信干比和系統(tǒng)平均頻譜效率的影響,得出了以最大系統(tǒng)頻譜效率為目標(biāo)的最佳中繼站天線高度及中繼站覆蓋范圍. 合理的頻率規(guī)劃可以達(dá)到覆蓋和容量的合理折衷.論文基于復(fù)用分割技術(shù),在中繼站與其所屬的基站問鏈路為視距的情況下,提出了應(yīng)用于蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)中基于覆蓋面積的頻率規(guī)劃方案和基于頻譜效率的頻率規(guī)劃方案.基于覆蓋面積的頻率規(guī)劃方案主要目的是提高系統(tǒng)覆蓋,而基于頻譜效率的分配

5、方案主要目的是要提高系統(tǒng)的頻譜效率.與傳統(tǒng)沒有中繼情況下及著名的基于信道借用的頻率規(guī)劃方案相比,本文提出的基于覆蓋面積的頻率規(guī)劃方案和基于頻譜效率的頻率規(guī)劃方案分別能提供最大的系統(tǒng)覆蓋和最高的頻譜效率.在此基礎(chǔ)上,論文還研究了中繼站與所屬基站間鏈路為非視距情況下的網(wǎng)絡(luò)性能.研究結(jié)果表明,中繼站與所屬基站問的鏈路質(zhì)量對蜂窩中繼網(wǎng)絡(luò)的性能有很大影響.為了充分發(fā)揮中繼網(wǎng)絡(luò)的性能,在中繼站與其所屬基站鏈路間引入一些性能增強(qiáng)技術(shù)是非常必要的.

6、 在無線通信網(wǎng)絡(luò)中,在信號質(zhì)量得到保證的情況下,復(fù)用因子的提高意味著頻譜的利用率提高,3G蜂窩網(wǎng)和WIMAX系統(tǒng)都把復(fù)用因子為1作為追求的目標(biāo).這樣緊湊的頻譜復(fù)用不但能提高系統(tǒng)的頻譜效率,而且易于系統(tǒng)構(gòu)建.論文首先提出了基于信道質(zhì)量的小區(qū)內(nèi)頻譜分割策略,在此基礎(chǔ)上且在滿足復(fù)用因子為1的前提下,進(jìn)一步提出了將干擾控制手段與小區(qū)內(nèi)頻譜分割策略相結(jié)合的小區(qū)間的頻率規(guī)劃方案,即:基于小區(qū)分割的頻率規(guī)劃方案、基于虛擬扇區(qū)的頻率規(guī)劃方案及虛擬扇

7、區(qū)增強(qiáng)的基于小區(qū)分割的頻率規(guī)劃方案.此外,結(jié)合提出的各種頻率規(guī)劃方案,論文還研究了中繼站位置的影響,提出了以用戶為中心的最佳中繼站位置的策略. 支持高數(shù)據(jù)速率、遠(yuǎn)傳輸距離的無線寬帶接入系統(tǒng)IEEE 802.16(又稱為WiMAX),是一種頗有前途的新一代無線技術(shù),特別是支持移動性的IEEE 802.16e標(biāo)準(zhǔn)正式通過了IEEE的批準(zhǔn)后,更是在一定程度上對3G造成了威脅.中繼技術(shù)給蜂窩網(wǎng)絡(luò)帶來的優(yōu)越性能同樣引起了WiMAX組織的高

8、度興趣和極大重視,為此,IEEE 802.16執(zhí)行委員會專門成立了中繼工作小組(Realy Task Group)來制定IEEE802.16j中繼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),其目的在于強(qiáng)化以IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)性能.IEEE802.16j工作小組要求在不改變舊的用戶終端設(shè)備的情況下將多跳功能應(yīng)用于IEEE802.16的網(wǎng)絡(luò)中,這種情況下的MAC協(xié)議設(shè)計(jì)是業(yè)界一直關(guān)心的問題.而且,由于數(shù)據(jù)到達(dá)目的地前經(jīng)歷了多跳,必然帶來延遲的增加,這對于