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《西南交通大学》 2010年
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OFDMA多跳中继蜂窝网络高效资源分配与优化研究

赵争光  
【摘要】: 多跳中继技术是未来4G系统的关键技术之一,其在改善小区边缘用户的服务质量、降低成本、提升系统容量、改善小区覆盖范围和应急通信等方面发挥着重要作用。由于中继站在改善网络性能上的巨大优势,多跳中继蜂窝网络(Multi-hop Relay Cellular Network, MRCN)已经成为人们的一个研究热点。尽管多跳传输拥有诸多优点,但其也为此付出了代价:与单跳网络相比,其必须分配额外的资源给中继链路使用。因此,如何设计合理的中继资源分配和优化方案,使其所带来的系统增益可以有效地抵消掉这部分额外中继资源使用所导致的系统资源损失,从而提升系统的资源利用效率具有重要的研究价值。 本文主要采用频率复用和本地转发两种技术为多跳中继蜂窝网络设计了高效的资源分配及优化方案,主要的研究内容和贡献如下: 第一,对无线多跳中继蜂窝网络进行了系统级的仿真建模,该建模方案主要应用于对系统下行链路吞吐量和小区覆盖率的分析。 第二,中继站(Relay Station, RS)与基站(Base Station, BS)间有效的频率复用是缓解网络额外中继资源需求压力的方法之一。考虑到RS的时间复用性和空间复用性,本文提出了两种适用于MRCN的频率复用方案,这两种新方案可以在同一TDD (Time Division Duplexing)数据帧的不同时间域上采用不同的频率复用策略。这两种方案的共同点是:在中继域(Relay Zone, RZ)均采用1×3×1的频率复用类型,而在接入域(Access Zone, AZ)均采用1×3×3的频率复用类型。但是第一种方案只允许同一小区中距离最远的两个RS间共享相同的频率,而第二种方案却允许在扇区边缘相邻的两个RS复用相同的频率。仿真结果及分析显示两种新的频率复用方案均在保证小区覆盖率的情况下极大地提升了系统吞吐量。通过比较,不管是小区覆盖率还是系统吞吐量,第二种方案都要优于第一种方案,从两者的复用特点来看,也许所有的RS均可以复用相同的频率资源。 第三,在现有MRCN中存在因数据通信路径不优而导致的中继资源浪费的问题,特别是当关联到同一RS下的两个移动台(Mobile Station, MS)互相通信的情况发生时,同样的数据在中继链路上的来回传输给系统资源造成了极大的浪费。本文提出了一种新颖的数据传输策略:本地转发(local forwarding)数据传输模式,其允许关联在同一RS下的MS间的通信数据只需要通过RS的本地转发进行传输即可,而不再需要将数据传递给BS,因而提升了系统的资源利用率。然后本文又提出了两种基于本地转发策略的时隙资源分配方案(slot resource allocation scheme, SRAS),首先提出的是一种对传统多跳中继蜂窝网中资源分配方案进行改进的SRAS-MT方案(modified traditional SRAS), SRAS-MT方案在网络进行站点选择后才考虑是否执行本地转发策略并进行时隙资源分配;然后又提出了一种针对本地转发策略专门设计的SRAS-LF方案(local forwarding-based SRAS),本方案将本地转发数传模式的特点考虑在了多跳中继蜂窝网的站点选择和时隙分配中。数值和仿真结果分析显示本地转发数传模式可以极大地提升多跳中继蜂窝网的系统容量,而且SRAS-LF方案要优于SRAS-MT方案。
【学位授予单位】:西南交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TN929.531

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