基于隨機(jī)幾何的全雙工無(wú)線網(wǎng)絡(luò)容量分析.pdf

1、近來(lái),先進(jìn)的物理層技術(shù)實(shí)現(xiàn)了無(wú)線全雙工通信,因此,無(wú)線終端可以在同一個(gè)頻段上同時(shí)發(fā)送和接收信號(hào)。與半雙工無(wú)線通信技術(shù)相比,無(wú)線全雙工技術(shù)可以使單跳網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)吞吐量加倍。但是在大規(guī)模無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中,由無(wú)線全雙工通信技術(shù)帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)容量增益仍然是一個(gè)未解的開發(fā)課題。為了解決這個(gè)課題,我們采用隨機(jī)幾何工具,分析無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)和蜂窩網(wǎng)絡(luò)兩種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)容量增益。
　　針對(duì)自組織網(wǎng)絡(luò),其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣３梢粋€(gè)泊松簇生點(diǎn)過(guò)程,網(wǎng)絡(luò)聚集干擾采用shot

2、-noise過(guò)程建模計(jì)算。使用傳輸容量概念來(lái)衡量最大網(wǎng)絡(luò)吞吐量,即在限制中斷概率情況下,單位面積內(nèi)網(wǎng)絡(luò)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(chǎng)景下半雙工和全雙工網(wǎng)絡(luò)的性能分析。首先,在相同節(jié)點(diǎn)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(jié)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(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)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(guān)系曲線圖。結(jié)果與第一中通信場(chǎng)景一致。最后,對(duì)于半雙工和全雙工無(wú)線網(wǎng)絡(luò),設(shè)定相同的固定傳輸速率和中斷概率要求,給出了通過(guò)最大化網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)密度而求得的傳輸容量。結(jié)果表明,全雙工網(wǎng)絡(luò)傳輸容量始終大于半雙工網(wǎng)絡(luò)容量。證明,與半雙工通信相比,全雙工通信的優(yōu)勢(shì)是通過(guò)創(chuàng)造更多的傳輸機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)。
　　針對(duì)蜂窩網(wǎng)絡(luò),假設(shè)全雙工天線安裝在基站上,同時(shí),提出了針對(duì)抵消傳輸對(duì)之間互干擾的互干擾消除技術(shù)。定義了理想互干擾消除技術(shù)并假設(shè)其在全雙

4、工蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的基站上實(shí)現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣３上嗤c(diǎn)密度的雙層泊松點(diǎn)過(guò)程,而網(wǎng)絡(luò)聚集干擾使用shot-noise過(guò)程來(lái)分析。推導(dǎo)了典型上行和下行鏈路的覆蓋概率和平均速率。針對(duì)半雙工無(wú)線網(wǎng)絡(luò),以及使用或未使用互干擾消除技術(shù)的全雙工無(wú)線網(wǎng)絡(luò),比較了三種網(wǎng)絡(luò)的覆蓋概率和平均速率。在零噪音及非零噪聲兩種場(chǎng)景下運(yùn)行數(shù)值仿真。在零噪聲場(chǎng)景中,可以給出閉式表達(dá)式來(lái)描述覆蓋概率,而且其表達(dá)式與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)密度無(wú)關(guān)。因此,在零噪聲場(chǎng)景情況下,全雙工通信技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)容

5、量增益與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)密度無(wú)關(guān)。在非零噪聲場(chǎng)景中,覆蓋概率可以在大尺度衰減參數(shù)為4時(shí)表達(dá)成閉式公式,并且這個(gè)公式使用了Q(x)函數(shù),即標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的結(jié)尾概率函數(shù)。數(shù)值結(jié)果表明,全雙工通信技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)容量增益隨著節(jié)點(diǎn)密度增加而減少。這一點(diǎn)與無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)相同。此外,隨著鏈路信噪比增加,全雙工通信技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)容量增益減少。但在基站天線上使用互干擾消除技術(shù)后,全雙工通信技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)容量增益明顯增加。因此,來(lái)自全雙工通信的網(wǎng)絡(luò)容量增益是非常有限的,而且互干