文摘

本文提出interference-based解码和转发方案,利用中继站(RSs)。在长期演进(LTE)先进、异构网络中毫微微,微微细胞覆盖到宏单元广泛讨论。然而,宏观之间的干扰和皮科(毫微微)细胞出现由于他们不同的传输功率。与传统的协作传输方案,RS解码干涉第一传输时间期,并将其转发给用户设备(UE)在第二期。此外,合作可以实现传输没有阻止传输基站(BS)问题转发干扰从RS问题利用信噪比的功率比(信噪比)之间RS和问题远远大于b之间的问题。的基本性能,基于计算机仿真显示该方法。此外,干扰温度和阴影效应测量当考虑宏观和家庭基站之间的共存,并验证了该方法的性能使用测量阴影效果。

1。介绍

由于手机的广泛普及和无线局域网系统,提高数据率在一个有限的频谱是一个最重要的无线系统设计的目标。宏单元,一个几公里的服务领域,介绍了传统的蜂窝系统。另一方面,毫微微,微微细胞目前焦点因为小细胞可以提高频率利用率,可以建立使用low-power-consuming基站(BS),需要安装一个小空间。在长期演进(LTE)先进、异构网络广泛讨论除了传统的精心策划的宏单元的部署,进一步提高频率利用率(1- - - - - -3]。在异构网络部署中,低功率节点如毫微微,微微,和中继节点放置在一个宏单元布局,他们通常被放置在一个计划外的方式。因此,宏观之间的干扰和皮科(毫微微)细胞发生因为pico的传动功率(毫微微)细胞是宏单元的不同,这些细胞之间的服务覆盖区域是不同的。

在这篇文章中,我们考虑一个宏单元组成的系统b和用户终端(问题)并提出一个interference-based解码和转发技术使用一个中继站(RS)取消pico干扰或毫微微蜂窝。近年来,合作使用RSs传播主要用于提高整个系统的容量或获得分集增益(4,5]。另一方面,也可以用于RSs干扰取消(6,7]。RS转发信息的干扰,使用一个接收机解码所需的信号。关于转发干扰被认为是在6,7)的情况下当一个目标节点接收期望信号和干扰小的力量,而不是转发所需的信号,RS转发信息的干扰。此外,干扰消除技术的帮助下提出了认知无线电的RS (8,9]。然而,治疗(6- - - - - -9)是信息理论并没有解释如何使用RS的具体过程。在这项工作中,我们专注于一个更实际的设置与具体的系统/调制参数,以及一个完整的信道估计的过程,这是一个先决条件实现分布式干扰取消。

Interference-based使用RS解码和转发方案,提出了认知无线电的(10]。在这种方法中,RS解码和转发干扰问题的辅助系统从主系统b在主系统使用周期训练信号。然而,时间问题干扰传输的RS是开销在这个方法中。我们提出一个方法解决这个问题,利用这一事实之间的信噪比(信噪比)之间的RS和BS大于b和问题11]。中继站的最优位置,该方法阐明了基于计算机模拟(11]。本文将显著扩大了治疗方法。(我)该方法的基本性能详细评估。特别是,该方法是有效的与传统的自适应阵列相比,不管爵士的条件,信噪比的BS / RS和RS /问题。(2)不仅零迫使(ZF)而且最小均方误差(MMSE)算法与自适应阵列2-element问题评估的参考方案,因为MMSE算法评估的多单元的之间的干扰抑制LTE-Advanced [12]。(3)该方法的性能评估使用测量数据对遮蔽效应在考虑马可和家庭基站之间的共存。

当考虑到一个虚拟的天线RS有助于问题的干扰,配置使用该方法可以被视为一个关于分布式天线系统的配置。

剩下的纸是组织如下。部分2描述了目标场景和定义要解决的问题。部分3提出了提出了干扰消除使用一个RS技术。部分4为量化了该方案的性能分析提供了理论传播模型。跟踪与测量数据的影响评估5。部分6总结了纸。

2。目标场景和问题定义

图1显示了异构网络的配置在LTE-Advanced [1]。在这种异构网络,微微细胞,家庭基站和中继部署的服务区域内一个宏单元,以提高频率利用率,保证在高流量领域的服务质量。picocell服务区是几十米。家庭基站最近备受关注,因为他们的传输功率很低,因此他们只需要low-power-consuming BS和小安装空间。我们关注宏观之间的共存和皮科(毫微微)细胞,使用相同的频带。然而,宏观之间的干扰和皮科(毫微微)细胞发生因为pico的传动功率(毫微微)细胞是不同于宏单元之间和服务覆盖区域是不同的宏,pico(毫微微)细胞。在本文中,我们关注的干扰pico(毫微微)BS (P (F) BS)一组macro-user设备(M-UE),我们建议使用RSs interference-based解码和转发方案。

图2显示了BS的信号格式在宏观和皮科(毫微微)细胞。频分双工(FDD)一般用于宏单元b (M-BS)。另一方面,pico -或者femto-BS (P-BS或F-BS)采用时分双工(TDD)假定。FDD和TDD都包括的标准LTE-Advanced [13]。在这种情况下,P-BS传输一个信号使用时间槽1,接收信号使用时间段2如图2。在本文中,我们利用这个特性的方法。

3所示。该方法

该方法取消的干扰M-UE P-BS利用援助的宏单元的RS (M-RS)。让我们假设一个下行的场景。RS解码和前锋通常从b接收所需的信号在时间槽1,这个信号是通过RS转发到问题在下一个时间段(时间段2)(4,5]。图3显示了该方法的概念。尽管三个宏单元视为一般系统配置图1为了缓解,大电池被认为是在图3。在该方法中,M-RS解码的干扰P-BS (F-BS)时间段1和解码转发干扰到M-UE在时间槽2时的干扰P-BS到达M-UE (F-BS)。我们假设M-BS有多个天线但是每个RS只有一个天线。简化,P-BS被视为干扰以后但F-BS也视为干扰。CSI的先兆信号的传输时间估计如图4。该方案可以在以下六个步骤来解释。(1)所有CSI (M-BS / M-UE M-BS / M-RE M-RS / M-UE P-BS / M-UE和P-BS / M-RS)使用序言图进行估计4。(2)M-BS控制传输体重为了不到达的信号M-RS使用CSI在步骤1中数据的时间内槽1。(3)期间产生的干扰数据的时间槽1使用接收信号解码M-RS和CSI从步骤1。(4)M-RS传达的干扰在步骤3中获得M-UE在未来一段时间槽2。(5)数据期间所发生的干扰时间槽2估计接收信号的M-UE CSI从步骤1。(6)所需的信号,和使用干扰解码,M-UE估计在步骤5中,接收到的信号在步骤2和4中,并从步骤1 CSI。

步骤1到3在时间槽1和步骤4至6受聘期间时间段2。在步骤1中,我们将训练序列的周期分为三个部分,如图4为了估计所有所需的战略与国际研究中心。期间1,M-BS M-RS停止他们的传输M-UE这样的CSI的干扰P-BS M-UE M-RS被收购。接收到的信号,和期间,在M-UE M-RS 1 (在图4下面给出: 在哪里和表示的干扰信号的信道响应M-UE M-RS,分别。表示为P-BS序言信号的长度。代表了已知的先兆信号从P-BS时期1。和代表M-UE的热噪声和M-RS P-BS,分别。

期间2和3,分别由M-BS信号传输和M-RS。M-BS (M-RS)停止它的传播周期2 (3)。接收到的信号,和在M-UE时期2 ()和周期3 ()给出 在哪里和从M-BS表示信道响应,M-RS M-UE,分别。和代表了已知的先兆信号从P-BS时期2和3,分别。表示已知的先兆信号从M-BS M-RS在2和3,分别。期间2,M-RS接收信号形式从P-BS M-BS和干扰。接收到的信号,,在第二时期的M-RS给定 在哪里从M-BS M-RS表示信道响应。

所有的战略都是获得使用(1)(5)。最小二乘(LS)采用CSI的评估标准。估计CSIs P-BS / M-UE和P-BS / M-RS得到使用(1)和(2),分别如下考虑:

估计CSIs M-BS / M-UE M-BS / M-RS和M-RS / M-UE获得通过(3)和(7),分别如下: 所示(6)(10),需要作为符号的信道估计的数量。在整个评估,设置为5。

M-BS之间的传播渠道和M-RS基本上没有改变,因为这些电台是不动的,不像M-UE。因此,我们可以认为传播渠道是步骤1和2之间没有改变。当考虑之间的通道M-BS M-UE,自适应权重可能改变了由于多普勒频移。另一方面,传输速度为一个时间段可以认为是短得多比多普勒频率在考虑最近的宽带无线通信。然而,当多普勒频率非常高,自适应权重可能会改变。我们必须考虑这个问题作为一个未来的工作。

在第二步(步骤2),M-BS传送信号的M-UE天线模式,创建了一个空向M-RS数据期间时间槽1图3。接收到的信号M-UE和M-RS表示为 在哪里和代表未知的数据信号的M-UE M-BS P-BS,分别。因此,M-UE必须解码和取消干扰没有任何有关的信息干扰。

不能使用步骤1和2中的程序解码。另一方面,干扰可以估计M-RS使用(12),在步骤1中获得的。在步骤3中,M-RS解码数据期间发生的干扰的时间段1。解码的干扰,在获得M-RS使用(7)和(12), 在这里,interference-to-noise功率比(INR) M-RS。当INR很大,右边第二项(13)是可以忽略不计的。在步骤4中,M-RS传输干扰估计在步骤3的M-UE使用下一个数据段时间槽2图3。M-BS传达一个信号M-UE使用。的接收信号M-UE用 在哪里代表未知的数据信号从M-BS M-UE时间段2。

在步骤5中,传输的干扰,干扰的P-BS数据期间时间槽1,,估计通过接收到的信号(14)。首先,(14)改变使用(10): 当,信号干扰功率比(先生)和印度卢比在M-UE表示和,分别。它是合理的假设远远大于和,因为M-RS应该位于M-UE附近。换句话说,先生非常小和INR很大。因此,第一个和第三个条件的右边(15)可以近似认为是远小于右边第二项(15)。注意,信噪比,不是小,右边第一项(15)不为零。因此,当我们忽略第一和第三条款的右边(15),(15)可以近似

在步骤6中,所需的信号,和,可以使用干扰估计在步骤5中,估计接收信号和在步骤2和4,战略与国际研究中心,,在步骤1中获得的。估计所需的信号,和,可以表示为。

4所示。该方法的基本特征

在本节中,我们评估该方法通过计算机模拟的性能。图5代表提出的配置和参考方案。我们比较建议的干扰消除方法(方法(A))参考方案(方法(B)),使用ZF / MMSE自适应阵列。公平的比较,发射机和接收机天线的网站总数是相同的方法(a)和(B)。天线的数量在M-BS M-UE是两个,分别在(B)方法。M-BS天线的数量是两个,M-RS + M-UE也是两个方法(a)。在方法(B), M-UE使用一种自适应阵列与ZF / MMSE (12]。当使用ZF算法解码信号表示 在哪里和表示信道响应的M-UE M-BS P-BS,分别。在M-UE是接收信号向量。当使用MMSE算法解码信号表示 在哪里是22单位矩阵和噪声功率。M-BS和M-RS总传输功率的方法都是一样的,M-BS的传统方法。

传输从M-BS M-UE宏单元使用自适应调制。表1给出了不同调制水平所需要的信噪比。每个表中给出了调制方案的信噪比1的误比特率(BER)(14]。的所有方法,调制水平是决定基于瞬时信噪比。干扰是QPSK的调制方案。

总传输速率,,被定义为 在哪里代表帧的数量。表示每个符号当应用自适应调制的比特数。和的传输速率和误码率吗分别th框架。在仿真中,我们将每帧长度设置为600。瑞利衰落环境假设所有节点之一。在评估中,我们没有考虑信道编码是为了评估该方法的基本能力。

首先,传播率是评估与先生在图6为了证实的有效性近似(16)。在这里,我们假设期望信号()和干扰()是信号从M-BS M-RS M-UE时间段2图3,分别。相比之下,结果只有所需的信号解码显示。图6显示,传输速度提高时,先生却降低了。爵士小于-10分贝时,降解与传输速率与上界小于1位/ s。因此,近似(16)是有效的在考虑M-RS之间的信噪比和M-UE大于M-BS和M-UE之间。

M-RS和M-UE之间的信噪比是一个非常重要的参数,它决定了解码的干扰能力。该方法的传播率与信噪比之间的M-RS和M-UE是绘制在图7。之间的平均信噪比M-BS M-UE M-BS之间的爵士和P-BS M-UE将20 0分贝,分别。时段的平均传输速率如图1和图27。如图7时段的传播率1和2之间根据信噪比改善M-RS M-UE和传播率都是几乎一样的。此外,该方法比2-element获得更高的传输速率自适应阵列使用ZF / MMSE算法当M-RS之间的信噪比和M-UE大于28 dB。注意,MMSE算法的平均比特率几乎相同,ZF算法。相比,该方法是有效的自适应阵列与ZF / MMSE当M-RS之间的信噪比和M-UE是8分贝高于M-BS和M-UE之间。

图8情节的传播率方法和ZF / MMSE自适应阵列(方法(B))与M-BS和M-UE之间的信噪比。注意,MMSE算法的平均比特率几乎是相同的,由ZF算法除了很小的信噪比。结果绘制当M-RS之间的信噪比和M-UE dB (10/15在图8),大于M-BS和M-UE之间。如图所示,通过应用该方法,提高传输速率(B)的方法相比,当B-RS之间的信噪比和M-UE大于10和7 dB,分别,当是10和15分贝。

5。绩效评估考虑宏观之间的共存和家庭基站使用测量阴影效果

在本节中,该方法的性能评价在考虑宏观和家庭基站之间的共存使用测量阴影效果。由于有问题不属于一个封闭的用户组(CSG) BS毫微微蜂窝,这种问题可能给/毫微微蜂窝的[/接收干扰1]。此外,毫微微蜂窝一般用于室内场景,和毫微微之间的传播特性,大电池不同于那些在一个宏单元。我们进行测量获取阴影特征毫微微-宏单元,在一个宏单元,反映了计算机仿真结果。

图9显示了被认为是测量环境。测量是在日本新泻大学的工学院建筑。M-UE位于停车场和移动课程在图1到109。M-BS和F-BS位于建筑的顶部,在图4楼9,分别。M-BS的天线高度和F-BS 22.5和16.5 m,分别。M-UE的高度是1米。F-BS位于图的地方10,因为阴影的影响可能改变的差异在图的地方10。无线电频率为2.2 GHz和连续波(10 W)传播从M-BS或F-BS M-UE。接收功率和阴影效应测量。阴影效应是通过计算中间值的标准偏差的接收功率。获得的中间值是1米的距离。我们假设这样一个场景:毫微微蜂窝的干扰到达M-UE M-BS与M-UE通信。

图11表示期望信号的接收功率(M-BS / M-UE、户外)和干扰(F-BS / M-UE,例1、2和3)在考虑课程1到10。表2显示的阴影效应的标准差M-BS / M-UE和F-BS / M-UE,分别。如图11,期望信号的力量是3 dB高于干扰(案例1)在考虑提供= 50%。由于室内渗透损失的影响,接收到的权力通过例2和3是低于1。表2显示阴影的标准差是5.1期望信号和干扰,从4.8到6.6。自从outdoor-to-indoor传播被认为是在考虑干扰从/到毫微微蜂窝/ M-UE,标准偏差的范围为F-BS / M-UE大于M-BS / M-UE。

传输比特率是评估使用阴影的测量标准偏差。表3给出了仿真参数。考虑到值的标准差阴影,户外和案例2表的结果2用于M-BS / M-UE和F-BS / M-UE传输,分别。图12表示的位置M-BS、M-UE F-BS, M-RS。三个家庭基站是假定为坐落在一个宏单元。F-BSs M-BS随机位于服务区。M-UE也位于M-BS服务区。我们使用仿真F-BSs和M-UE位置在哪里发生了变化。审判号码是10000。关于基本参数表3我们把参数用于(2]。关于细胞M-BS半径,当细胞半径是289 (2),我们假设8倍的细胞大小,因为中继站应评估的有效性。

自评估使用异构路径损耗条件是至关重要的,当考虑异构网络(15,16),传播pathloss模型提出了(17本文使用)。模型C2,视线外用于典型的宏单元仿真结果)场景,采用M-BS和M-UE之间的路径损耗。因为我们考虑的干扰F-BS M-UE, B1模型,用于微细胞视距(LOS)场景,采用P-BS和M-UE之间的路径损耗。模型B1也用于pathloss M-RS和M-UE之间。M-BS和M-RS之间的路径损耗模型B5f仿真结果),用于继电器M-BS和M-RS之间传播。中继站是位于的位置在图12。四个中继站在图12。当你考虑传播M-BS / M-RS M-RS / M-UE和F-BS / M-RS阴影标准差的值被用于那些在17]。继电器的数量,从4改为16在一个圆形的安排。其他模拟条件中描述的相同部分4。我们假设M-UE M-RS可以交换信息和一定的间隔,而M-UE理想情况下可以选择M-RS M-UE信噪比是最高的。我们评估平均传输速率这意味着平均细胞M-BS的吞吐量。在评估中,我们没有考虑信道编码是为了评估该方法的基本能力。

在仿真中,我们假定M-RS获得信息自适应调制方案通过使用F-BS的控制通道,因为M-RS F-BS只能收到干扰。此外,我们假设M-RS正确通知信息自适应调制方案的F-BS M-UE。

图13显示了传输速率之间的关系与继电器的数量,。不仅QPSK调制自适应调制F-BS假定在图13。图中显示,传输速度提高时增加,但性能变得逐渐饱和的时候当考虑只对F-BS QPSK调制。虽然传输速度退化的情况相比,只为F-BS QPSK调制时假设F-BS自适应调制,我们确认传输速率逐渐增加的帮助越来越多的继电器。平均比特率的原因(M-UE)减少F-BS时允许使用自适应调制性能的方法取决于干扰解码(13在M-RS)。调制方案F-BS高时,高interference-to-noise功率比(INR)需要在M-RS干涉解码。此外,结果表明,该方法优于ZF / MMSE计划即使。平均比特率通过MMSE算法几乎是相同的,ZF算法。

6。结论

本文提出interference-based解码和转发方法在异构网络中使用RSs。宏单元系统RS解码和前锋pico的干扰(毫微微)细胞的问题,和问题可以解码的信号没有停止信号接收BS利用RS和问题之间的高信噪比之间的废话和问题提出方法。我们澄清了该方法的有效性与使用传统的自适应阵列与ZF和MMSE算法的信噪比RS和问题之间是8分贝比之间的BS和问题。此外,我们证实了该方法的有效性基于评估使用阴影效应的测量数据在考虑宏观和家庭基站之间的共存。

对于未来的工作,我们评估影响当改变宏单元的服务区/ picocell时,因为干扰能力在很大程度上是受宏单元/ picocell的服务区。在本文中,我们的目的是提出的基本技术,当继电器节点可以应用,我们关注的基本能力干扰取消使用该方法。另一方面,采用混合ARQ的重要技术之一LTE-Advanced和评估使用该方法包括信道编码对未来工作至关重要。