試論毫微微小區(qū)系統(tǒng)中的干擾分析與節(jié)能技術(shù)利用

1、試論毫微微小區(qū)系統(tǒng)中的干擾分析與節(jié)能技術(shù)利用毫微微小區(qū)(fetell)基站外觀(guān)與i-fi接入設(shè)備相似，發(fā)射功率小，適用于家庭及辦公室環(huán)境。在分析fetell系統(tǒng)的資源復(fù)用模型和接入過(guò)程的根底上，文章針對(duì)宏小區(qū)(arell)和fetell混合網(wǎng)絡(luò)的干擾問(wèn)題，通過(guò)對(duì)隨機(jī)到達(dá)的用戶(hù)合理分配時(shí)頻資源，提出一種功率控制方案。該方案能到達(dá)系統(tǒng)節(jié)能、降低干擾和進(jìn)步系統(tǒng)性能的目的。毫微微小區(qū)；功率控制；節(jié)能；干擾協(xié)調(diào)abstrat:fetellissiilarti-fiaessdeviesinappearaneandltransissinper.itantherefrebeappliedinfailyandf

2、hispaper,irelessresuredelsandaesspressesarensidered,andaperntrlsheeisprpsed.tie-frequenyresuresanbereasnablyallatedtusersharerandlyarrivedinrdertslvetheprblefintefereneinarellandfetellhybridnetrks.thissheeansaveenergy,redueinteferene,andiprvesysteperfrane.fetell;perntrl;energysaving

3、;interferenerdinatin節(jié)約能源、節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境是新一代無(wú)線(xiàn)挪動(dòng)通信的重要開(kāi)展方向，是目前需要研究的緊迫課題。研究說(shuō)明，將來(lái)超過(guò)50%的語(yǔ)音 和超過(guò)70%的數(shù)據(jù)傳輸將在室內(nèi)環(huán)境中發(fā)生1-2，包括家里、辦公室、購(gòu)物廣場(chǎng)等。對(duì)于無(wú)線(xiàn)通信來(lái)說(shuō)，室內(nèi)覆蓋是贏(yíng)得用戶(hù)的關(guān)鍵。為理解決室內(nèi)覆蓋問(wèn)題，一種稱(chēng)為毫微微小區(qū)(fetell)的技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。在宏小區(qū)(arell)和fetell混合網(wǎng)絡(luò)中，有兩種資源分配方式：一種是兩種網(wǎng)絡(luò)共享頻譜資源，另一種是兩種網(wǎng)絡(luò)采用互相正交的頻譜資源3-4。假如fetell采用與arell一樣的頻譜資源，由于arell基站的功率較大，而fetell基站的功率

4、較小，因arell對(duì)fetell用戶(hù)的干擾較大，會(huì)造成fetell用戶(hù)的效勞質(zhì)量(qs)降低；而由于fetell對(duì)arell用戶(hù)的干擾較小，arell用戶(hù)受到的影響可忽略不計(jì)。假如fetell采用與arell正交的頻譜資源，那么兩種網(wǎng)絡(luò)互不干擾，此時(shí)fetell可以以滿(mǎn)足用戶(hù)qs的最小功率發(fā)射，從而到達(dá)節(jié)能的目的。這樣的資源分配方式頻帶的利用率較低。由于目前通信系統(tǒng)的頻帶資源極為珍貴，這種互相正交分配資源的方式造成了資源的極大浪費(fèi)5-6。本文在綜合分析干擾、頻帶利用率和能耗的情況下，將兩種資源分配方式互相結(jié)合，提出了一種基于動(dòng)態(tài)資源分配的arell和fetell混合網(wǎng)絡(luò)的功率控制方法，從而到達(dá)

5、節(jié)約能源、降低干擾和進(jìn)步系統(tǒng)性能的目的。1毫微微小區(qū)中降低干擾的方法針對(duì)fetell，如今已經(jīng)有一些降低干擾的方法。(1)干擾防止由于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)造特殊，在fetell網(wǎng)絡(luò)中單一的干擾抑制技術(shù)是無(wú)效的。采用串行干擾抵消技術(shù)是將接收到的信號(hào)減去最強(qiáng)的臨近干擾，從而起到信號(hào)復(fù)原的作用。假如干擾抵消不準(zhǔn)確，抗干擾效果會(huì)很差。由于fetell設(shè)備的低本錢(qián)要求，fetell的基站和發(fā)射器必須復(fù)雜度低，使得串行干擾抵消技術(shù)的不易實(shí)現(xiàn)，所以干擾抵消技術(shù)不能滿(mǎn)足fetell的要求。在fetell網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造中，由于干擾防止技術(shù)是防止干擾而不是抑制干擾，因此減少干擾是更為有效的方法。對(duì)于碼分多址復(fù)用(da)系統(tǒng)，由于

6、fetell網(wǎng)絡(luò)采用頻率復(fù)用技術(shù)，當(dāng)宏單元和fetell用戶(hù)使用共同帶寬時(shí)，干擾防止是采用跳時(shí)技術(shù)和定向天線(xiàn)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，可以提供7倍的系統(tǒng)容量改善。(2)跳頻與跳時(shí)技術(shù)在gs網(wǎng)中，通過(guò)采用慢跳頻技術(shù)來(lái)防止fetell用戶(hù)和arell用戶(hù)之間的互相干擾。同樣，跳頻正交頻分多址(fda)網(wǎng)絡(luò)使用隨機(jī)子信道分配，以減少與周邊基站持續(xù)干擾的概率。在跳時(shí)da中，da的持續(xù)時(shí)間被分散在個(gè)時(shí)隙中，用戶(hù)將隨機(jī)選擇發(fā)送時(shí)隙或者發(fā)送時(shí)隙保持靜默。隨機(jī)跳時(shí)技術(shù)通過(guò)系數(shù)來(lái)權(quán)衡處理增益，從而減少干擾用戶(hù)的平均數(shù)量。這種方法就是改變現(xiàn)有的daarell的運(yùn)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)適應(yīng)fetell技術(shù)。(3)自適應(yīng)功率控制fetell(

7、例如sprint公司的airavefetell)使用自適應(yīng)方案來(lái)調(diào)節(jié)fetell的發(fā)射功率，以解決跨層干擾問(wèn)題。在前向鏈路過(guò)程中，愛(ài)立信提出通過(guò)增加fetell和arell之間的間隔 來(lái)降低fetell發(fā)射功率，從而減少對(duì)宏單元用戶(hù)的干擾。這種折衷的方法將減小fetell的家庭覆蓋范圍。在反向鏈路過(guò)程中，建議根據(jù)fetell用戶(hù)的位置提供更高的接收功率給fetell用戶(hù)及相關(guān)的arell用戶(hù)。2毫微微小區(qū)功控技術(shù)由于無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的頻帶資源有限，arell和fetell混合網(wǎng)絡(luò)一般使用一樣的頻譜資源，以便增加系統(tǒng)的頻譜利用率。在這種資源分配方式下，下行鏈路fetell用戶(hù)受到的來(lái)自arell基站

8、的干擾比擬嚴(yán)重。為了保證fetell用戶(hù)的qs，要求fetell基站以較大的功率發(fā)射信號(hào)。因此傳統(tǒng)的fetell系統(tǒng)中所有fetell基站都采用了最大功率發(fā)射，即使在干擾很小的情況下，也采用了很大的發(fā)射功率，造成能源非常浪費(fèi)。雖然fetell基站的發(fā)射功率比arell基站低得多，但其基站數(shù)目卻是arell基站的幾十倍甚至上百倍，因此fetell的能耗過(guò)大問(wèn)題值得關(guān)注。針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出一種基于動(dòng)態(tài)資源分配的功率控制方法。首先，在傳統(tǒng)的模型根底之上，改變fetell的功率，使每個(gè)fetell都以最小的功率發(fā)射。同時(shí)，結(jié)合接入控制，使每個(gè)用戶(hù)信號(hào)在隨機(jī)的時(shí)間間隔點(diǎn)到達(dá)且占用隨機(jī)的效勞時(shí)間，由系

9、統(tǒng)在每個(gè)用戶(hù)信號(hào)到達(dá)時(shí)為其合理分配資源。接著在模型中參加功率控制，即fetell的發(fā)射功率隨著每個(gè)用戶(hù)的信號(hào)與干擾噪聲比(sinr)情況而改變，fetell與arell存在同頻干擾時(shí)，增大fetell的發(fā)射功率；當(dāng)同頻干擾完畢時(shí)，fetell恢復(fù)到原來(lái)的最小功率值。如圖1所示。當(dāng)fetell復(fù)用了arell的資源，即資源匱乏時(shí)，為了保證fetell同頻用戶(hù)的qs，fetell基站采用滿(mǎn)足qs的較大的發(fā)射功率。如圖2所示。當(dāng)fetell不復(fù)用arell的資源，即資源充裕時(shí)，fetell用戶(hù)不受arell的同頻干擾，用戶(hù)sinr較高，因此fetell可以采用較小的發(fā)射功率。這樣做既能滿(mǎn)足用戶(hù)的qs

10、，又能降低能耗，一舉兩得。3毫微微小區(qū)系統(tǒng)功控流程建模在混合網(wǎng)絡(luò)中arell和fetell是共享資源。相對(duì)與fetell基站的干擾而言，arell基站的干擾要大很多。在考慮fetell基站功控的同時(shí)，我們應(yīng)該盡量防止fetell與本小區(qū)的arell的復(fù)用，所以在給arell用戶(hù)分配資源時(shí)，要盡可能防止與本小區(qū)中正效勞的fetell用戶(hù)復(fù)用。鑒于此，本文給出fetell分配資源流程圖和arell分配資源流程圖。對(duì)于fetell用戶(hù)，資源分配的流程如圖3所示。對(duì)于arell用戶(hù)，資源分配的流程如圖4所示。fetell的功率可以動(dòng)態(tài)改變。隨著arell同頻資源的釋放，fetell用戶(hù)不再受到來(lái)自ar

11、ell的同頻干擾，fetell便可將發(fā)射功率降低；隨著系統(tǒng)逐漸飽和，時(shí)頻資源復(fù)用情況增多，同頻干擾逐漸增大，fetell的發(fā)射功率那么需要進(jìn)步，甚至恢復(fù)到無(wú)功控時(shí)的發(fā)射功率。本文將無(wú)功控的fetell發(fā)射功率設(shè)為最大功率。實(shí)際中fetell的功控流程如圖5所示。在下行鏈路中，由于用戶(hù)可能接入arell，也可能接入fetell，因此分別討論兩種情況下對(duì)用戶(hù)信干噪比(sinr)的計(jì)算。對(duì)接入效勞小區(qū)arell的用戶(hù)：式中：p為用戶(hù)接收到效勞arell的信號(hào)強(qiáng)度，p為用戶(hù)接收到的非效勞arell的信號(hào)強(qiáng)度，pf為fetell對(duì)arell用戶(hù)的干擾，n為噪聲功率。對(duì)接入效勞小區(qū)fetell的用戶(hù)：式中

12、：p為用戶(hù)接收到效勞fetell的信號(hào)強(qiáng)度，p為用戶(hù)接收到的arell的信號(hào)強(qiáng)度，pf為其他fetell對(duì)用戶(hù)的干擾，n為噪聲功率?？偟膩?lái)說(shuō)：其中：將其轉(zhuǎn)化為分貝形式，用戶(hù)sinr的計(jì)算公式為：sinr(db)=pt+gt-shadfading-pathlss-pn-ittal+gr(5)其中等式右邊各項(xiàng)參數(shù)：pt為信號(hào)發(fā)射功率，gt為發(fā)射天線(xiàn)增益，shadfading為陰影衰落，pathlss為途徑損耗，pn為噪聲功率，ittal為小區(qū)內(nèi)和小區(qū)間的總干擾，gr為接收天線(xiàn)增益。4系統(tǒng)性能仿真與分析圖6所示為本文所仿真的arell和fetell混合網(wǎng)絡(luò)，其中arell引用了一個(gè)簡(jiǎn)單的iax系統(tǒng)模

13、型7-8。圖中，右側(cè)的矩形表示整個(gè)頻率資源，小區(qū)中央的無(wú)線(xiàn)電發(fā)射塔為基站(bs)，小區(qū)內(nèi)的無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)為fetell基站(hbs)。其中，arell和fetell共享整個(gè)頻帶。fetell主要分布于室內(nèi)，因此途徑損耗模型中也包括穿透損耗。在這種兩層網(wǎng)絡(luò)中，下行鏈路中涉及到的途徑損耗鏈路包括：鏈路bsue(ue為接入arell基站的用戶(hù))，鏈路bshue(hue為接入fetell基站的用戶(hù))，鏈路hbsue，當(dāng)前接入的鏈路hbshue，周?chē)渌溌穐bshue。途徑損耗模型的計(jì)算公式如表1所示。表1中：l為穿透損耗，單位為db；d為基站到用戶(hù)的間隔 ，單位為k。對(duì)接入模型進(jìn)展仿真，由于用戶(hù)到達(dá)時(shí)間

14、間隔和效勞時(shí)間分別是服從參數(shù)為和的指數(shù)分布，因此，仿真結(jié)果會(huì)隨著效勞時(shí)間和到達(dá)時(shí)間的改變而改變。當(dāng)=5，=100時(shí)，仿真參數(shù)采用表2中的參數(shù)值，可以得到功控混合網(wǎng)絡(luò)的sinr累計(jì)分布函數(shù)如圖7(b)所示。將圖7(b)與圖7(a)相比，可以看出，arell的性能幾乎沒(méi)有改變，而fetell性能改善很多，之前sinr小于10db的用戶(hù)概率大約為40%，而在本模型中不到10%。更多的fetell用戶(hù)可以選擇高調(diào)制編碼方式，系統(tǒng)吞吐率也大大提升。另外，fetell采用最小功率發(fā)射，更加節(jié)約能源，對(duì)人體的電磁輻射也大大降低。圖8所示為參加功控的系統(tǒng)與未加功控的系統(tǒng)吞吐率隨著時(shí)間的變化曲線(xiàn)，其中系統(tǒng)吞吐率

15、為兩種系統(tǒng)吞吐率之和。從圖中可以看出，當(dāng)用戶(hù)從t=0時(shí)刻開(kāi)場(chǎng)到達(dá)，隨著用戶(hù)的增大，系統(tǒng)的吞吐率逐漸增大。當(dāng)系統(tǒng)到達(dá)飽和后，系統(tǒng)的吞吐率到達(dá)一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。比擬圖8中上下兩條曲線(xiàn)可以看出，參加功率控制后，系統(tǒng)飽和時(shí)的吞吐率比沒(méi)有參加功率控制前增大了。因此我們可以認(rèn)為，功率控制對(duì)降低系統(tǒng)干擾，提升系統(tǒng)性能效果明顯。圖9為系統(tǒng)飽和吞吐率隨fetell數(shù)目增加的變化曲線(xiàn)。從圖中可以看出，隨著每個(gè)arell中fetell數(shù)目的增加，混合系統(tǒng)的飽和吞吐率不斷進(jìn)步。由于參加功控實(shí)際上是進(jìn)步了fetell用戶(hù)的sinr，因此在一定范圍內(nèi)，隨著fetell數(shù)目的增加，加功控系統(tǒng)的飽和吞吐率比不加功控系統(tǒng)的高，且差

16、距不斷增大。5完畢語(yǔ)本文提出了一種arell小區(qū)和fetell小區(qū)混合網(wǎng)絡(luò)中基于動(dòng)態(tài)資源分配的arell和fetell混合網(wǎng)絡(luò)的功率控制方法。仿真結(jié)果說(shuō)明，參加功控后，不僅可以降低能耗，還可以進(jìn)步fetell用戶(hù)的sinr，從而進(jìn)步整個(gè)混合系統(tǒng)的吞吐率。在一定范圍內(nèi)，隨著fetell基站數(shù)目增多，加功控系統(tǒng)的飽和吞吐率比不加功控系統(tǒng)的高，且差距不斷增大。本文在考慮功控的同時(shí)還考慮了混合小區(qū)的干擾防止策略，因此我們?cè)O(shè)計(jì)的arell和fetell的混合網(wǎng)絡(luò)在節(jié)能方面更具優(yōu)勢(shì)。6參考文獻(xiàn)1handrasekharv,andresj,gathera.fetellnetrks:asurveyj.ieeeuniatinsagazine,2022,46(9):59-67.2fuxia,lijian.rkinggruptehnlgyhitepaper2022partv:netrkarhitetureresearhr.futurefru,2022:1-32.4guveni?jeng-ryng.ahybridfrequenyassignentfrfetellsandverageareaanalysi