双在异构小细胞网络连通性mmWave回程

文摘

超密网络(UDN)小细胞是一个关键的特性开始5 g的新时代通信,提供更高的数据速率,适应移动交通爆炸。最近,mmWave-based无线回程加速部署UDN通过减少光纤布线成本小细胞。小细胞可以提供用户数据宏观增强NodeBs (eNBs)使用多次反射继电器在无线回程网,由小和宏观细胞eNBs mmWave连接的链接。对于这样一个异构网络(HetNet)小细胞,3 gpp提出双重连接(即。,dual connections to macro and small cell eNBs), which is an attractive standard feature to manage user mobility and network access in the small cells. In this paper, we exploit dual connectivity scheme in a HetNet with the mmWave-based backhaul mesh which introduces two main challenges for throughput maximization, multihop routing from small to macro cell, and selection of a small cell eNB for user equipment (UE). We establish an optimization model and find an optimal solution in terms of throughput and fairness using an IBM CPLEX solver. Additionally, we propose a heuristic algorithm for complexity reduction and compare it with the optimal results in evaluation.

1。介绍

快速增长的移动交通需求小细胞部署在城市热点,可以有效地提高网络容量的细胞致密化和数据率接近用户设备(UE)。5克项目(1,2超密网络中的地址(UDN)与小的细胞作为关键技术,以适应10 - 100 x增加流量。5克,不同的无线接入技术(老鼠)和大小的小细胞导致异质性方面,网络体系结构和光谱用法3]。

最近,mmWave技术得到太多的关注在移动通信领域,用户可以利用超宽波段(例如,2.1 GHz乐队60 GHz对20 MHz 2.4 GHz)与光许可或不许可来实现Giga-bit率数据通信。IEEE 802.15.3任务组3 c (TG3c) [4],[IEEE 802.11广告5],WiGig [6]联盟作出了巨大努力开发Giga-bit本地区域通信提供Giga-bit连接在移动设备和家用电器和物理和协议标准化技术。

最近的测量活动在城市地区,制造商和示威,大学,网络运营商显示mmWave通信可以适用于无线蜂窝网络(7- - - - - -9]。mmWave尤其具有吸引力的回程或fronthaul异构(HetNets)小细胞网络。到目前为止,回程或fronthaul宏观和小细胞增强NodeBs(即之间。,MeNB和SeNB) is established using fiber-optic cables, which is costly and unscalable. In contrast, mmWave wireless backhaul or fronthaul carries mobile traffic flexibly using more or less spectrum and is easy to deploy and manage compared to wire backhaul or fronthaul. Unfortunately, the mmWave backhauls almost require Line-of-Sight (LoS) between a sender and a receiver due to severe penetration loss and reflection. In addition, higher path loss due to oxygen absorption and rain effect than conventional cellular spectrum limits backhaul range between two eNBs. Accordingly, mmWave-based backhauls from an SeNB to an MeNB or gateway are created by multiple LoS links between eNBs, by which SeNBs and MeNBs form a multihop wireless mesh network (WMN) and the eNBs deliver user equipment (UE) data by multihop routing in the mesh network.

宏和小细胞间Intertier操作HetNets有效地管理网络资源和问题是必要的。遗留LTE网络提供一个载波聚合(CA)技术相结合分散载体在不同频率的宏和远程在单个eNB小细胞。,问题是宏观控制的细胞网络访问,交接,安全,等等,同时用户数据是由两个细胞。然而,这种CA很难适用于mmWave-based回程网状网络,因为多次反射回程推迟导致宏观异步传输和小细胞。

相反,双重连接介绍了3 gpp Rel-12规范支持单独连接到MeNB和SeNB(我们滥用这些缩写来表示单元格大小的eNB代替主eNB和二级eNB在3 gpp规范)问题,它允许异步传输的双重连接两个持有者或分裂持有者(即在一个更高的层。包数据融合协议(PDCP)层),有一个函数来重新排序无序的数据包由于回程推迟。双连通性,MeNB也控制问题在CA决定问题的SeNB双重连接基于问题的测量报告。说,MeNB选择SeNBs之一小细胞检测到的问题和命令SeNB和问题二次连接。

双重连接在HetNets mmWave-based回程介绍两个主要挑战最大化网络吞吐量;一个是SeNB选择考虑电池容量,另一个是多次反射mmWave-backhaul网路线选择。在这项研究中,我们建立一个数学模型的双连通性mmWave-backhaul HetNets并使用IBM最大化策略解决优化问题。由于问题的复杂性,我们提出这个问题的另一个启发式算法并进行仿真来比较这两种方法。

本文的其余部分组织如下:介绍背景知识与双重连接和mmWave交流节2。部分3描述了一个mmWave-backhaul HetNet体系结构和系统模型的两大挑战。我们现在初步简单的拓扑的性能评估和解释算法和性能比较4。节5,我们之前在异构小细胞网络和mmWave沟通工作。我们在部分总结本文6。

2。异构网络

增加智能手持设备和相关交通加速小细胞部署可以增加网络容量,每个用户的吞吐量和QoS。小细胞也可以卸载拥挤的宏,在宏观细胞边缘改善接收信号质量,延长细胞覆盖率(10]。

图1显示小细胞的部署场景。共存的现有宏观和新部署的小细胞(如微,pico -,和家庭基站)形成两层(层)无线异构网络(HetNets) [11- - - - - -14]。HetNets可以使用相同或不同频率的宏和小细胞。例如,宏和小细胞可以使用相同的频率和频分双工(FDD),例如,在1.9 GHz和2.1 GHz和下行图1(一),或小细胞使用不同的频率,例如,在2.6 GHz FDD或3.5 GHz TDD频谱图1 (b)。宏观细胞内,小细胞形成密集的集群最低20米intersite距离(ISD)在城市热点[11,13,14]。同样,没有宏观的小细胞集群部署单元如图1 (c)。无论频率、小细胞可以安装在室内或室外。

标准组织如IEEE和3 gpp努力发布标准小细胞网络的经营管理。在3 gpp Rel-11 LTE-Advance标准(LTE-A),载波聚合(CA)介绍了宏观和远程HetNets小细胞,它允许一个中央宏观eNB (MeNB)安排无线电资源的两个细胞动态用户设备(问题)10,12]。HetNet流动机制的小细胞间一直在探索防止服务中断期间交接(15]。在3 gpp Rel-12, 3 gpp标准发布的关于新小细胞增强(SCE)应对更高的调制方案(例如,256 QAM),小细胞为节电开关和发现,基于无线电接口单元同步,和双连通性的双层HetNets [11,14]。

2.1。双连通性

双连通性使问题能够有两个独立的连接一个MeNB宏观细胞和一个SeNB小细胞,同时进行。CA在3 gpp Rel-10/11还允许定义问题有多个连接到多个服务(即细胞。、宏和小细胞)来增加用户的吞吐量。然而,这些服务CA的细胞应该属于一个eNB细胞可以有多个服务的领域和操作频率。例如,一个eNB 6细胞与2载波频率和3部门服务。相比之下,服务属于不同的eNBs(即细胞。,MeNB SeNB)双重连接。出于这个原因,Rel-10/11 CA和双重连接称为内部inter-eNB CA,分别。

双重连接不仅可以提高每个用户的数据吞吐量,而且流动性的鲁棒性。问题可以接收数据载体同时通过双重连接。和问题可以单独传输控制信息和用户数据MeNB SeNB,分别作为控制平面(CP)和用户(称为平面(分裂)。在这里,问题不需要小细胞之间的交接问题时连接到上覆MeNB CP。

双连通性是一个迷人的小细胞技术部署使用独立SeNBs Rel-11 CA相比,同步传输在宏观和小细胞是必需的。因此,光纤电缆之间MeNB和远程无线头(rrh)小细胞通常安装。相比之下,双重连接允许相对较长的回程延迟(例如,超过20毫秒)两个服务之间的细胞,这就需要更高一层的数据包重新排序函数不记名分裂。

2.1.1。控制信号流

在双连通性,MeNB控制底层SeNBs小细胞的问题(即。,添加或释放细胞SeNBs)通过回程连接,MeNB和SeNB [14]。因此,只有MeNB无线资源控制(RRC)函数问题的双重连接。否则,分布式问题语境对无线电资源配置,网络连接和设备能力需要痛苦的互操作同步MeNB和SeNB之间的上下文。

双重连接建立,问题定期报告测量MeNB SeNBs的小细胞。如果这些小细胞胜任服务问题,MeNB命令SeNB打开一个新连接的问题,使相应的SeNB分配无线资源的连接在同一时间。然后,MeNB分裂问题的数据基于交通负载自适应双重连接和无线信道质量。

信号流添加、修改和发布SeNB的二次电池(SCells)出现在3 gpp Rel-12规范。图2显示两个模范的小细胞添加消息流的细节或释放MeNB或SeNB。在图2(一个),MeNB启动一个程序添加或释放SCells SeNB接收MeasurementReport从问题。此外,这个过程可能会发起当MeNB检测变化的宏观细胞负载(例如,拥堵在宏观细胞)或接收ResourceStatusUpdate从SeNB;SeNB状态可能会触发MeNB添加或释放SCells SeNBs的利用率。

在发送SCG-ConfigInfoSCell SeNB的配置,MeNB提供SCell添加或释放的标识符(例如,频率和身体细胞ID (PCI))和任何限制(例如,问题的能力)。然后,SeNB决定其配置的限制。另外,MeNB可以通知SeNB当前问题的配置及其功能供参考。基于这些信息SeNB配置本身没有超过问题能力。SeNB后决定SCell集团(SCG)配置,MeNB利用SeNB远期结果SCellToAddModList或SCellToReleaseList分别添加或释放。MeNB远期SCell配置问题中使用一个消息容器RRCConnectionReconfiguration。

图2 (b)显示SeNB发起SCell修改程序的SeNB修改其SCell配置等物理上行控制信道(PUCCH)配置。MeNB启动的过程是类似的修改。

2.1.2。用户数据流

为用户数据流,两个不同的体系结构、无线接入网络(RAN)分裂和核心网络(CN)分裂,可以考虑如图3。在跑分,SeNB出来MeNB通过(回程。CN分裂,SeNB直接连接到服务网关(S-GW)。因此,持票人分裂了分裂增加峰值数据速率的一个不记名的并发传输双重连接,但在CN分裂SeNB服务另一个人直接从S-GW。这直接回程CN可以携带大的流量相比SeNBs跑分裂。然而,CN分裂导致中枢神经系统控制开销之间的交接频繁SeNBs(例如,数据路径切换)。因此,跑分架构更可扩展和灵活的超密小细胞网络。

相比Rel-10/11 CA在用户数据多路复用多个运营商在MAC层,不记名分割处理数据包的数据融合协议(PDCP)层的跑分。MAC和无线链路控制(RLC)层独立应该坐落在每个eNB如图3(一个)为了段包自适应基于传输块大小(TB)是由信道质量。否则,回程延迟阻碍自适应调度和基于物理信道状态分成包用户数据。

2.2。mmWave回程

茂密的小细胞5 g蜂窝网络,它是昂贵的连接的所有SeNBs小细胞网络使用光纤电缆的部署时间和线路费用。无线回程是小细胞替代部署成本效益,灵活、容易部署光纤电缆相比。

最近,5 g移动通信将设想10 - 100 x为每个用户数据速率高于现价2020年(例如,1 - 10 Gbps) [2,16]。mmWave通信接收关注访问或回程网络,提供Giga-bit数据速率与巨大的可用带宽高于6 GHz频段。例如,60 GHz乐队和E-band (7176 GHz和8186 GHz) 9和10 GHz可用带宽,分别为(17]。

几个标准已经为Giga-bit率定义数据通信在无线局域网或锅使用60 GHz频段,例如ecma - 387 (18),IEEE 802.15.3任务组3 c (TG3c) [4),和IEEE 802.11广告(5]。IEEE 802.11广告指定物理和MAC层在60 GHz支持高数据率的应用如远程显示超高的定义(UHD),设备间的连接,和互联网访问。802.11广告和WiGig [6)提供大约6 Gbps单一使用2.16 GHz渠道;有4个通道在57 - 66 GHz。IEEE 802.15.3c还指定了一个物理和MAC层WPANs微微网的体系结构。

5 g移动网络,mmWave通信研究普遍测量活动在城市地区在28日,38岁,60岁,73 GHz的可能性mmWave用于移动通信(7- - - - - -9]。

mmWave-backhaul链接为小细胞应该部署在视距(LoS)因为mmWave乐队有很高的路径损耗(例如,更高的氧气吸收和下雨效果)和较低的普及率相比,微波频谱通常用于无线蜂窝通信。例如,氧气吸收15 dB /公里,正常降雨衰减(即。,50 mm / h)是17 dB /公里60 GHz。此外,洛杉矶的回程的链接是不容易获得在城市环境,包括各种建筑物和构筑物高度。因此,多次反射继电器使用短途(例如,100 - 200)和高度能够链接是更有效的比使用单一长途链接无线回程。多次反射路由计划找到一个最优路径小细胞回程交通问题的网格,但是可以为包引入额外的延迟交货单跳链路相比。

mmWave-backhaul链接可以使用不同的乐队和定向天线,以避免干扰其他链接。另一方面,相同的乐队可以用于点对多点通信和成本效率(如有限数量的接收器)使用TDM方案。文献[19]介绍了一种使用mmWave HetNet体系结构访问和回程网络通信和多次反射路由问题在回程MeNBs网格。其中,框架TDD和TDM方案探讨了无线资源分配的访问和回程链接,从而增加空间重用mmWave乐队为小细胞集群。此外,在20.TDM-based调度),带内访问和回程链接了支持点对多点和non-LoS沟通。

最近,3 gpp开始讨论5 g标准包括mmWave-based无线回程和多次反射继电器HetNets [21,22]。

3所示。系统模型

在本节中,我们首先介绍一个架构的HetNets mmWave-backhaul 5 g无线网络的进化。HetNets,我们建立一个优化模型从SeNB SeNB选择和多次反射路由的MeNB双重连接。

3.1。网络体系结构

5 g HetNet由多个SeNBs MeNB和小细胞与mmWave回程在城市热点如图4。上面的SeNBs使用60 GHz频段回程MeNB或相邻SeNBs连接它们。SeNBs可以达到MeNB使用多次反射继电器,如果他们没有直接回程MeNB链接。例如,MeNB发送问题的下行数据通过SeNB1 SeNB2如果问题连着SeNB4图4。

MeNB可以选择一个最优的多次反射路线之间的接口MeNB SeNB,最大化问题的吞吐量。例如,SeNB1有两个路径传送数据在SeNB4问题,通过SeNB2或SeNB3 MeNB下行传播的图4。SeNB3有更多相关问题(例如,3问题)而不是SeNB2(例如,0问题),这意味着之间的回程SeNB1比SeNB2和SeNB3可能更多的流量。因此,SeNB1可以选择SeNB2作为下一跳。但它可以不同的交通相关联的问题。因此,我们需要调查给出的最优路线选择基于所有问题流在回程网状网络。

另一个问题是问题协会在小细胞集群。以前,问题选择一个eNB基于信号强度的测量和质量等参考信号接收功率(RSRP)和参考信号接收质量(RSRQ)。在城市地区,问题可以有多个SeNBs信号质量是相似的在一个小细胞集群。

图5描述了一个简单的例子SeNB协会的问题。UE3有两个候选SeNBs二级服务细胞,SeNB1 SeNB2。但这些SeNBs有不同数量的相关问题;SeNB1 2问题,SeNB2 1问题除了UE3。因此,UE3似乎盈利和SeNB2而不是SeNB1联系起来。然而,它也取决于这些交通问题的数量;UE4交通可以超过总交通UE1 UE2。

3.2。优化模型

在本节中,我们建立一个优化模型,找到一个最优解的双重连接在HetNets mmWave回程,提供SeNB回程选择和多次反射的路线。参数和变量的优化模型符号所示。该系统模型的主要目标是最大化问题总吞吐量和公平性考虑如下面所示:

效用函数定义如下: 在哪里问题和最小数据率吗是公平的价值问题。效用函数不等式性质考虑公平与小例如,值,和一个大比例公平例如,值。

问题流动遵循保护规则(3),表明eNB来源的问题和是一个水槽eNB问题:

问题流量在访问和回程链路容量约束的链接。首先,访问链接的问题流率应小于实现链接所示问题的能力(4),它是由SINR和带宽链接的链接(在模拟,计算问题的能力通过调制编码方案(MCS)分配伪随机位序列,而不是香农公式因为吞吐量gap):

带宽是由数量决定为PBRs分配的问题。伪随机位序列的数量是有限的,一个系统带宽,例如,50 PRBs 10 MHz,它介绍了以下约束:

接下来,在回程链路聚合问题流应该不到回程容量:

TDD和TDM-based槽调度一个乐队为多个回程链接(19,20.]遵循约束(7)。此处回程能力必须及时共享相邻回程链接,的链接。此外,一组根据数量的不同的乐队(即。,channels) and channel assignment used for the backhaul links. For instance, if all backhaul links use separate bands like FDM, the可以是空的:

对双连通性约束MeNB和SeNB被定义为单独的连接 在哪里是一个二进制变量表明是否问题与eNB关联。如果问题= 1有一个下行载波eNB和0,否则:

方程(9)是一个约束流的存在只有一个有效的访问链接,在那里是一个很大的值,例如,。

4所示。绩效评估

我们实现优化模型使用优化编程语言(OPL) IBM最大化策略优化搜索可行区域快速使用branch-and-cut算法获得最优值的混合整数非线性问题(适应)。此外,我们开发了一个系统级仿真器(SLS) HetNet得到输入数据的最大化策略如访问和回程链路容量,和干扰向量。仿真参数用于SLS符号所示。我们尝试几个HetNet拓扑对最优解进行调查。这里我们假设回程链接使用相同的mmWave乐队的TDM和TDD方法。

4.1。初步的实验

首先,我们调查问题吞吐量在简单HetNet拓扑和小细胞集群在中心和边缘区域,如图6。

mmWave回程,总路径损耗是派生的自由空间路径损耗之和(从氧气)和信号衰减,蒸汽,雨在距离,见以下方程:

自由空间路径损耗是由(23]

然后,在距离衰减可以表示为 在哪里,,对应于信号衰减由于蒸汽水、氧气(24),和雨25),分别。雨衰减(dB /公里)从雨获得率(毫米/小时)使用幂律关系25]:

以下4.4.1。中心集群

在图6(一),单个小细胞集群位于一个宏单元的中心,其中包括4 SeNBs和4问题相关的SeNBs双重连接。在这种拓扑中,最大的链接能力/ MeNB或SeNB问题根据不同问题的位置。从只有SeNB1 UE1有下行0.9 Mbps, UE2有两个17.1 Mbps的链接SeNB1 SeNB2, UE3从SeNB1下行和SeNB2 0.9和39.6 Mbps,和UE4只有SeNB4 0.9 Mbps。从MeNB最大下行速率39.6 Mbps,同一个中心集群中的所有问题。回程链接在60 GHz使用200 MHz带宽和最大256 QAM 6.4 Bit-Per-Hertz (BPH)频谱效率。在这个初步实验,回程交通拥堵情况不会发生。

表1和2显示可以实现流量MeNB和SeNB当使用不同的SeNB添加方法与公平。路线列显示路线分裂不记名的双重连接。例如,直接从MeNB UE2具有双重流动和通过SeNB1 SeNB2。MeNB SeNB率列显示实现了流量,每个eNB Mbps,。对于总吞吐量,传统方法基于RSRP / RSRQ满足68.47 Mbps 4问题而实现总93.59 Mbps traffic-aware SeNB加法。在图6(一),UE2 SeNB1或作为二级eNB SeNB2。在传统方法中,MeNB配置的UE2 SeNB2 RSRP / RSRQ比SeNB1。因此,SeNB2能力由UE2共享和UE3虽然比UE2 UE3 MCS更高水平。另一方面,traffic-aware SeNB选择使UE2 SeNB1而不是SeNB2联系起来,使SeNB2 UE3使用完全。

4.1.2。边缘集群

在图6 (b),小细胞团位于宏观细胞的边缘。宏观的问题有不同的调制订单细胞根据其位置相对于中心;UE1最大39.6 Mbps, UE2和UE3 34.3 Mbps, UE4 12.6 Mbps的宏观细胞没有开销。访问链接能力SeNBs边缘集群是一样的集群中心。

用同样的相比,总吞吐量降低近40 Mbps中心集群案例我们可以看到在桌子上3。总吞吐量问题87.39和53.99 Mbps和,分别。吞吐量公平,之间的区别,值约为40%。公平可以显著地影响聚合问题吞吐量;吞吐量可以变化不到40%以上或者超过值。

耆那教徒的公平性指数(吞吐量的问题显示了0.58和0.99这两个值(和公平接近1)。不同的两个Jain指数约为0.4:

4.1.3。集群随机

接下来,我们使用随机拓扑调查平均聚合问题吞吐量不同数量的问题和SeNBs。这些问题和SeNBs下降在单个部门的一个宏单元。图7显示了聚合问题吞吐量最大30 SeNBs和50个问题。吞吐量与不同价值观的调查和对于不同的公平水平,如图7(一)和7 (b)。

SeNBs数量较低的、一致的吞吐量是观察到两个数字,因为问题机会访问SeNBs有限。然而,吞吐量增加快SeNBs和议题的数量增加,特别是对于的情况。的最大吞吐量高于超过100 Mbps以来比例公平的更高值可以实现更多的吞吐量。耆那教的指数是0.83和0.42和,分别。与之前的值和,耆那教不同的指数小于0.4的耆那教的指数小于0.83。

4.2。SeNB选择算法

SeNB选择双连通性和流量最大化主要是适应赋权。因此,IBM最大化策略解决花很多时间来寻找最优解SeNBs和问题数量的增加。例如,100 SeNBs和100问题的优化问题花了98秒为一个特定的拓扑结构;计算复杂度依赖于拓扑结构和实际运行时间大于计算时间。减少计算时间,我们提出一个简单的启发式算法在双重SeNB选择和多次反射路由连接程序,可以执行接近最优的结果IBM最大化策略问题的吞吐量和公平性。

开发一个算法吞吐量最大化问题,首先我们将问题分解为两个调度问题在MeNB和SeNB如(15)复审委员会分配以来MeNB和SeNB可以独立进行的这是一种常见的假设在双重连接由于回程延迟26,27]。因此,我们的算法在SeNBs关注最大化吞吐量聚合问题(见(16)SeNB和多次反射回程选择,最终取决于可用资源的访问和回程网络:

算法1描述的细节SeNB和回程选择算法双重连接。考虑到链接能力信息,该算法决定的向量为每个问题SeNB协会。首先,MeNB复审委员会分配是预处理在进入SeNB选择提前因为问题有一个连接到MeNB之前添加一个SeNB二级连接。一旦伪随机位序列分配问题,该算法利用问题升序排序问题的效用。然后,该算法寻求多个航线从MeNB问题与最小跳,而不是考虑所有可能的路线使用最短路径算法。对于每个路径,算法计算实现流量通过寻找最小链接能力,也就是说,一个瓶颈环节。的链接能力,,计算链路容量除以一系列相关问题流。例如,一个与100 Mbps可以提供10 Mbps的新问题如果9问题流分配。此后,该算法选择一个最大容量路线和一个位于SeNB路线。最后,算法返回向量的关系,所有的问题。该算法只考虑有效的路线通过SeNBs访问链接在覆盖问题。该算法的复杂性迪杰斯特拉算法,每个问题的,执行多次反射路由。

进行评估,该算法应用于中心集群拓扑结构如图6(一)。表4仿真结果显示实现吞吐量/问题。因为所有问题MeNB MCS水平相似,每个问题都是均匀分配从MeNB约9.5 Mbps。但问题有不同的数据速率SeNBs根据交通负荷和MCS的水平。我们的算法实现了总68.1 Mbps小于表的最优解2但与传统方法。公平也同样支持;耆那教徒的公平性指数是0.83在我们的算法,同时最大化策略解决方案是0.86。

表5显示了图的边缘集群中的吞吐量问题6 (b)当使用该算法。总吞吐量是高于59.7 Mbps的吞吐量53.6 Mbps,但不到,87.4 Mbps。公平而言,耆那教徒的公平性指数的方案是0.73也不到但超过。

4.3。比较研究在随机拓扑

在本节中,我们比较聚合的最佳吞吐量问题和提出解决方案和不同数量的SeNBs下降的问题统一在一个宏单元部门。50个随机拓扑,我们推导出平均值从IBM最大化策略的结果和比例和不等式性质公平(我们滥用不等式性质和比例公平的条款比较(但不公平),这表明上下边界,分别地。规定,max-weight和不等式性质调度)。耆那教徒的比例和不等式性质公平是公平指数大约0.2和0.6,分别。也,我们获得的平均吞吐量算法与相同数量的随机拓扑与吞吐量范围的最大化策略求解器进行求解。

首先,鉴于访问带宽和回程链接、10和200 MHz 30 SeNBs,平均聚合吞吐量不同数量的问题如图8。吞吐量增加问题的数量在所有情况下。特定数量的吞吐量是饱和的问题是不同的每个解决方案;比例方案达到最大吞吐量约70问题,不等式性质计划稍有增加多达160个问题,我们的算法是60附近饱和问题。比例变得饱和比不等式性质案件因为它利用链接能力积极公平考虑问题。算法还使用链接能力充分但均匀与其他问题,这限制了附近的吞吐量极大极小的吞吐量。耆那教徒的公平性指标最优解是0.62和0.25。问题可以有双重连接或不根据随机拓扑,这削弱了公平指数相比,初步结果。

该算法显示了极大极小方法更高的吞吐量比小数量的问题,但其吞吐量成为类似于极大极小方法问题的数量也在不断增加。该算法通过分配来实现更多的吞吐量都SeNB PRBs甚至少量的问题而极大极小方法未充分使用的访问与少量的联系问题由于公平。因此,该算法可以实现类似的吞吐量极大极小方法在拥挤的情况下更好的吞吐量在拥堵情况下较低的公平。

在以前的实验中,最大容量的一个访问链接(10 MHz)比回程链路相对较小(200 MHz)。因此,更多的问题交通负载是由访问带宽,增加20 MHz, 22在30 SeNBs MIMO天线。图9表明聚合问题吞吐量增长只有大约100 Mbps即使访问网络容量增加近4倍之前的配置。因此,我们可以推测,回程的问题交通拥堵与吞吐量值图9。所有方法都是饱和早些时候即使少量的问题由于访问数据的增加率。值得注意的是,吞吐量略微下降的问题由于开销。该方案还执行同样的极大极小方法就像在以前的实验。

可能有两个原因回程交通拥堵;一个是有限数量的回程MeNB,另一个是回程的带宽。回程链路容量连200 MHz带宽可以通过相邻的有限TDM操作链接。在图10,50 SeNBs负担增加部署移动流量。比例情况之前涨幅约50%的吞吐量,或多或少400 Mbps,和其他人实现增长25%,约为100 Mbps之前,新添加的20多SeNBs有助于MeNB增加回程的数量。

接下来,我们增加回程高达400 MHz带宽本身与30 SeNBs看到总吞吐量的变化。图11描述的比例方案显示增强的吞吐量约1500 Mbps,几乎100%的涨幅。不等式性质的,然而,在100年之前吞吐量问题结果可比200 MHz回程。100问题后,吞吐量有回程能力明显比以前高。方案也获得更多的吞吐量约200 Mbps的回程增加带宽。从上面观察,我们可以使用更多的带宽,如1 GHz和2 GHz,动态地应对更多的移动交通与巨大的天线,例如,44米姆最近商业化接入网络的智能手机和载波聚合。

总之,我们的算法执行几乎一半的峰值吞吐量比例公平的最优解时根据几个模拟与不等式性质比较公平。

5。相关的工作

5.1。小细胞部署

超密网络(UDN)小细胞的关键技术之一5 g网络所美逖斯项目1)和异构小细胞网络已经普遍研究在许多研究出版物和欧盟/美国项目(3]。在HetNets密集部署小细胞,干扰管理机制在colayer(即深入探索。科蒂)和跨层(即。,cross-tier) channel deployment for macro and small cells in the HetNet [28- - - - - -34]。

在标准,3 gpp Rel-11开始学习关于colayer HetNet流动和跨层通道部署(15]。在3 gpp Rel-12,研究小细胞增强(SCE)介绍了特性的流动性增强,减少信令开销,RRC多样性,和双重连接(26]。双重连接可以实现更高的数据速率比单个连接和单独控制和数据路径。此外,双重连接提供了强劲的流动性MeNB小细胞中作为一个锚点,防止频繁的交接手续(35]。在[36),交通引导和TDD配置算法提出了双重连接在动态TDD-based HetNets。

5.2。mmWave沟通

还有很多努力使用mmWave乐队从30兆赫到300兆赫由于缺乏可用的乐队在微波频段。60 GHz乐队和E-bands (7176 GHz和8186 GHz)有大量的可用带宽,5 - 7 GHz。

WPAN或者WLAN标准IEEE 802.15.3任务组等3 c (TG3c) [4)和IEEE 802.11广告(5)已经发布,它指定物理mmWave通信MAC层协议。这些标准通常采用混合时分多址(TDMA)方案介质访问控制(MAC) (4,5,37,38]。例如,在IEEE 802.11广告,混合多址,由载波感知多重存取/冲突避免(CSMA / CA)和TDMA和灵活的频谱效率和服务质量(QoS)。此外,IEEE 802.15.3c定义竞争访问时间(帽)和信道分配(CTAP)。在帽,设备有争用传输请求发送到一个微微网控制器由CSMA / CA (PNC)。然后设备之间的数据传输计划使用TDMA CTAP期间。

有很多文献调查mmWave通信的MAC协议。基于IEEE 802.11广告,Chen等人。39)提出了一种空间重用策略并行传输与定向天线。儿子et al。40)提出了一个框架指令MAC (FDMAC)协议是一个集中的调度算法的PNC基于贪婪着色提供多个并发传输。

辛格et al。41)提出了一个memory-guided定向MAC (MDMAC),作为一个完全分布式的MAC协议,达到近似TDM调度无线网格使用内存传输成功和失败。另一种分布式算法,directional-to-directional MAC (DtDMAC) [42),使用一个指数补偿异步操作的过程。在这两种情况下,耳聋的影响减轻了马尔可夫状态转移图。

最近,这个mmWave关注区域的无线蜂窝网络和网状网络5 g通信。Rappaport et al。7)进行测量活动在纽约市28 GHz。也有通道测量mmWave细胞在28 GHz, 38个GHz, 73 GHz乐队(8,9]。文献[43]显示mmWave-based密集的小细胞网络的架构和性能5 g网络。参考文献(17,19]介绍异构小细胞网络访问和回程使用mmWave通信网络在多次反射路由从问题到MeNBs回程网的支持。无线电资源分配的访问和回程链接,(19)提出了一个框架TDD和TDM方案,从而增加空间重用mmWave乐队基于小细胞集群。同时,Taori和曾经20.)提出了带内访问和回程TDM-based调度支持non-LoS和点对多点通信的链接。文献[44比较静态或动态的多次反射路由算法在回程网络使用中心节点和路径模型。文献[45)提出了梁校准和子空间抽样来克服障碍在户外访问和回程链接。文献[46]介绍了能源和光谱efficiency-aware细胞协会在60 GHz无线回程链接机制,解决了多目标问题,以最大化吞吐量,减少能源消耗。

6。结论

在本文中,我们建立一个优化模型为双连接在小细胞HetNets mmWave回程。我们也提出一个简单的启发式算法双重连接取代商业优化器。使用IBM最大化策略,我们探索的上下界聚合问题吞吐量公平使用不同的权重随机HetNet拓扑。在此基础上,我们比较算法的性能。根据仿真结果,密集SeNBs和大型mmWave带宽提高网络吞吐量增加访问和回程链路容量。不同数量的SeNBs和回程带宽,我们的算法达到可比吞吐量的下界优化器的解决方案。在未来的工作中,我们研究SeNB断断续续的节电和节能路由的HetNet mmWave回程。

符号

在模型中参数和变量

:	最大数量的eNB的伪随机位序列
:	最大容量的一个链接或
:	流的问题在链接
:	流的问题
:	最低要求问题的吞吐量
:	干扰的链接
:	设置的访问链接
:	回程的链接
:	设置宏观eNBs (MeNBs)
:	设置小eNBs (SeNBs)
:	组eNBs
:	的伪随机位序列链接
:	一系列的问题
:	如果指标问题使用访问链接。

仿真参数

MeNB半径:	500米
分钟ISD SeNB:	20米
分钟ISD MeNB和SeNB之间:	105米
eNB之间最小距离和问题:	MeNB 35米和SeNB 5米
带宽:	10 MHz
载波频率:	MeNB 2 GHz SeNB 2.6 GHz
eNB Tx力量:	MeNB 46个dBm和SeNB 30 dBm
问题Tx力量:	23 dBm
天线增益:	dBi MeNB 15 dBi和SeNB 5
噪声图:	7 dB
阴影标准差:	MeNB 8分贝和SeNB 10 dB
多路延迟简介:	典型的城市
问题速度:	静态
路径损耗:	MeNB日志10 (128.1 + 37.6日志10()和SeNB 140.7 + 36.7)。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项研究受到了Gachon大学研究基金会gcu部件2015 - 2015 - 0044。

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