文獻標識碼： A
文章編號： 0258-7998(2014)04-0096-03
分布式基站覆蓋[1]是近年為實現以蜂窩小區(qū)結構發(fā)展起來的新方式。采用此技術可有效地擴大移動通信系統(tǒng)容量、調整覆蓋區(qū)、改善系統(tǒng)性能[2-3]。但這種完全分布式的網絡，其網絡結構和接入的基站都不確定，要自行組織、自主搜索，對資源和系統(tǒng)會帶來很大的開銷。對于極端應用，這樣程度的開銷是不可承受的，在多用戶情況下，資源分配和下行同步尤為困難。
另外，使用認知無線電CR(Cognitive Radio)技術可以有效緩解頻譜緊缺問題[4]。目前普遍認為應采用多載波技術進行數據傳輸，其中正交頻分復用(OFDM)是最佳候選技術之一[5]。
針對基于認知技術的有序分布網絡資源管理技術研究缺乏的現狀，同時利用分布式系統(tǒng)的優(yōu)點，參考文獻[6]將認知無線電技術應用于有序分布網絡中，提出交叉覆蓋有序分布網絡結構。并在此基礎上，提出基于認知無線電技術的有序分布網絡的無線資源分配算法。
1 系統(tǒng)模型
1.1 小區(qū)結構
圖1為有序分布式小區(qū)結構。小區(qū)天線單元AP1、AP2和AP3與連接它們的基站分布在邊長為2R1+R2(R1=2R2)的正三角形的頂點處，多個這樣的小區(qū)構成分布式基站系統(tǒng)。天線單元把小區(qū)分為4個區(qū)域，以一個天線單元為頂點，有3個以R1為半徑的60°扇區(qū)稱為單一覆蓋區(qū)，剩余部分R1為交叉覆蓋區(qū)。基站利用CR技術檢測各用戶在小區(qū)中的位置。
小區(qū)中，基站分別為天線單元分配完全正交的3 bit擴頻碼字，以去除天線間的同頻干擾，同時保證高層傳輸的有效數據速率在空中接口所傳輸的數據速率的比重合理。下行鏈路使用OFDM區(qū)分不同的用戶。上行鏈路與下行鏈路類似，不同之處在于每個用戶都被分配一個擴頻碼，達到去除上行同頻干擾的目的。
物理層，時域上的一幀被分作控制部分和數據部分，分別包括Nc和Nd個OFDM符號,分配結果通過控制部分發(fā)送給用戶。MAC層，基站為各用戶分配獨立的有限容量數據隊列,隊列中分組的服務次序是先到先服務。
1.2 CR技術的應用
系統(tǒng)中CR的應用有：基站感知各子載波的干擾溫度，提取出各接入用戶的地理位置；用戶通過感知各子載波干擾溫度，可得到傳輸數據的子載波占子載波總數的比例；各子載波的頻率復用因子；小區(qū)內用戶分布信息的提取，這需要將“主基站優(yōu)先子載波選擇算法”和“疏狀子載波選擇算法”相結合。
基于MAXC/I調度算法，所提系統(tǒng)調度算法如下：
(1)計算各用戶的效用函數。
(2)選擇優(yōu)先調度覆蓋區(qū)，為用戶排序。如果單一覆蓋區(qū)的用戶總優(yōu)于交叉覆蓋區(qū)的用戶被調度，單一覆蓋區(qū)內用戶按照效用函數降序排列，交叉覆蓋區(qū)內用戶也按照效用函數遞減排列；如果交叉覆蓋區(qū)的用戶總優(yōu)于單一覆蓋區(qū)的用戶被調度，交叉覆蓋區(qū)內用戶按照效用函數遞減排列，單一覆蓋區(qū)內用戶也按照效用函數遞減排列；如果不區(qū)分用戶所在區(qū)，則所有用戶按照效用函數遞減排列。
(3)調度被選中的首個用戶隊列的分組。如果該用戶隊列分組都被發(fā)送出去，繼續(xù)調度優(yōu)先級低的下一個用戶隊列分組，直到所有用戶隊列分組都被發(fā)送出去或物理層無資源。
圖2、圖3和圖4分別給出基于上述6種框架，丟包率、平均分組時延和系統(tǒng)吞吐量性能仿真。由圖知，無論是否區(qū)分用戶地理位置優(yōu)先級，區(qū)分“優(yōu)先子載波”和不區(qū)分“優(yōu)先子載波”得到的丟包率、平均分組時延和系統(tǒng)吞吐量都近似。單一覆蓋區(qū)用戶優(yōu)先和不區(qū)分用戶覆蓋區(qū)情況下，得到的丟包率、平均分組時延和系統(tǒng)吞吐量都明顯好于交叉覆蓋區(qū)用戶優(yōu)先的情況。這說明本文提出的疏狀子載波選擇方法可以在不降低系統(tǒng)性能的基礎上，大幅度降低計算的復雜度。此外也為系統(tǒng)資源分配次序提供了有益的信息，有利于系統(tǒng)資源的充分利用。
圖5為基于上述算法，得到的子載波復用性能。對于單一覆蓋區(qū)用戶優(yōu)先的子載波分配算法，區(qū)分“優(yōu)先子載波”下的子載波復用次數高于不區(qū)分“優(yōu)先子載波”下的子載波復用次數。對于交叉覆蓋區(qū)用戶優(yōu)先的子載波分配算法和不區(qū)分用戶所處的覆蓋區(qū)的子載波分配算法，不區(qū)分“優(yōu)先子載波”下的子載波復用次數高于區(qū)分“優(yōu)先子載波”的子載波復用次數。這說明，單一覆蓋區(qū)用戶優(yōu)先且區(qū)分“優(yōu)先子載波”的算法對子載波的利用率比較充分。
本文在有序分布式小區(qū)結構的基礎上，將認知無線電技術應用到系統(tǒng)中，并提出相應的調度算法和子載波分配方案。這種分配方案具有以下優(yōu)點：比較充分地利用子載波分集增益，可以提高系統(tǒng)容量；簡單，不需要在整個子載波系統(tǒng)范圍內搜索和分配；靈活，可以根據業(yè)務負載量使用其他覆蓋區(qū)的優(yōu)先選擇子載波。
參考文獻
[1] Wang Jiangzhou, SENIOR M, Zhu Huiling, et al. Distributed antenna systems for mobile communications in high speed trains[J].IEEE Journal on Selected Areas in Communications. 2012,30(4):675-683.
[2] CASTANHEIRA D, GAMEIRO A. Distributed antenna system capacity scaling coordinated and distributed MIMO[J].IEEE Transactions on Wireless Communication, 2010,17(3):68-75.
[3] Li Haoming, HAJIPOUR J, ATTAR A, et al. Efficient HetNet implementation using broadband wireless access with fiber-connected massively distributed antennas architecture[J]. IEEE Wireless Communication,2011,6.18(3):72-78.
[4] CHEN K C, PRASAD R. Cognitive radio networks[M].New York: Wiley. 2009.
[5] 李孟達,柏鵬,彭衛(wèi)東,等.基于認知無線電平臺的NC-OFDM系統(tǒng)設計與實現[J]. 電子技術應用, 2012,38(6):104-107.
[6] 王振,呂星哉,朱近康.有序分布式正三角形小區(qū)結構的功控算法和中斷容量分析[J].中國科學技術大學學報, 2009,39(5):449-455.
[7] KNOPP R, HUMBLET P. Information capacity and power control in single-cell multiuser communications[C]. International Conference on Communications, 1995,6.18-22(1):331-335.
[8] 隋延峰,楊鴻文,楊大成. 采用實時公平監(jiān)測的改進最大C/I調度算法[J].北京郵電大學學報,2007,30(2):132-135.