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(dòng)通信系統(tǒng)對(duì)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(jí)的角度對(duì)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(huì)對(duì)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(dòng)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(duì)信道借用的頻率規(guī)劃進(jìn)行了更深入的研究,包括對(duì)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(duì)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(duì)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(hào)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(dòng)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(duì)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(huì)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(duì)于