文摘
双层毫微微蜂窝网络中,大量的毫微微基站(BSs)部署在一个区域重叠的宏单元,可以提供一种经济手段,增加用户容量和覆盖范围。鉴于BSs可能部署没有毫微微细胞规划、跨越层的干扰来自宏单元和家庭基站可以引起严重的问题。特别是,一个宏移动电台(MS)传输上行数据可能产生严重的干扰相邻基站——导致性能下降。为了解决这些问题,两个新颖的资源分配方案,优化和启发式,提出了有效降低上行干扰双层毫微微蜂窝网络。在系统级仿真结果验证,提出的方案可以提高平均家庭基站的容量,但优于启发式方案优化方案的计算复杂度。
1。介绍
越来越受欢迎的高数据率的无线服务,许多通信技术提出了应对移动流量的增加。一个简单但强大的方法来提高无线网络的能力包括减少细胞因为一个小细胞的大小是完全适合为多个用户提供高数据率服务通过更高效的无线环境。因此,家庭基站,这有一个小细胞覆盖,一直被视为一个关键元素提供高质量的服务在家庭或小型办公室1]。
毫微微基站(BSs) low-transmit BSs和权力限制室内服务覆盖。毫微微BSs之间提供连接移动设备和服务提供商使用许可乐队(2]。他们提供了一个有效的方式来实现高数据速率和增加服务区域,特别是在无线连接的地方会不会支持。在双层毫微微蜂窝网络中,大量的家庭基站可能重叠服务区的传统宏单元,它有一个很大的服务覆盖。
鉴于家庭基站通常没有任何细胞规划部署,宏单元和家庭基站可以相互干扰,可能导致严重的性能下降双重毫微微蜂窝网络,特别是家庭基站之间的频谱共享和宏单元3,4]。举个例子,一个移动站(MS)的宏观BS传输高功率或位于附近的毫微微BS可能引起严重的上行干扰邻近的家庭基站,因此,家庭基站的容量可以恶化。
上行干扰在双层毫微微蜂窝网络的重要性意味着其缓解已进行了广泛的调查在前面的文献[5- - - - - -7]。上行容量分析了cdma通信双重毫微微蜂窝网络(5),技术可以避免干扰使用功能分区和CDMA跳跃也提出了。在[6],tdma双层毫微微蜂窝网络的上行容量分析了区分那些宏观情况和家庭基站共享相同的频率和那些频率划分。频率划分时,生成的宏单元之间和家庭基站干扰频谱效率时不可能出现减少。然而,当频率是共享的,上行吞吐量可能增加了传输能量的合理配置。在[7),一个上行功率控制方案,提出了毫微微蜂窝用户的最大传输功率的调整,为了减轻宏观BS跨越层的干扰。最后,有效的功率控制方案在密度和小细胞网络研究(4,8,9]。干扰管理的算法提高实用LTE和LTE-A移动网络进行了研究,采用实际所示(10- - - - - -15]。
我们提出有效的资源分配算法,可以降低上行干扰的双重毫微微蜂窝网络。为此,我们制定一个使用整数规划优化方案(IP),但这是由于其复杂性有点不切实际。为了提供一种实用的解决方案,我们提出一个启发式方案复杂性较低,家庭基站和合作的一个宏单元执行资源配置。
2。系统模型
我们考虑双层毫微微蜂窝网络的一组毫微微BSs部署的覆盖宏观MB。宏观BS和毫微微BSs使用相同的频带,宏观BS的带宽和毫微微是用W和 ,分别。一组宏观海量存储系统(MSs)中与宏观BS通信。一组毫微微海量存储系统(MSs)中与毫微微通信 ,在哪里这表示毫微微BS的索引。
每一帧包含下行和上行子帧持续时间相同,的指标框架。每一个上行子帧分为一组的时段,每一个都有一个固定的时间间隔。每毫微微BS可能同步覆盖宏观b帧使用GPS或IEEE 1588元(精确时间协议)16]。假设一个准静态平坦衰落信道,信道状态恒定在一个单位内持续时间,逐帧可能会有所不同。废话是意识到通道从通道的状态反馈信息。
的信号干扰噪声比(SINR)毫微微女士我属于毫微微在槽j在时间t是由 在哪里的发射功率是毫微微属于毫微微 , 是获得经验的毫微微之间的通道和毫微微 ,和每赫兹表示噪声的数量。
毫微微的上行的干涉量在槽j在时间被描述为 在哪里从宏观的干扰量海量存储系统(MSs)中毫微微在哪里女士是宏观的发射功率吗米,是获得经验的宏观女士之间的通道米和毫微微 ,和资源分配的指标是宏观BS。如果槽j在框架t分配宏观女士吗米,是1;否则,它是0。
是海量存储系统(MSs)中位于其他干扰的毫微微和毫微微BS BSsk在哪里的发射功率是毫微微女士吗在毫微微废话 , 之间的通道是获得经验的毫微微女士吗位于毫微微和毫微微废话k,毫微微是资源分配的指标吗 。如果槽j在框架t分配给毫微微女士吗 , 是1;否则,它是0。鉴于家庭基站之间的干扰可以减轻使用传输功率控制或部分频率复用(17),产生的干扰之间的上行宏观MSs和家庭基站可以最小化。
使用上行开环传输功率控制(18),设计了补偿传播损耗和信道波动由于阴影,BS决定了传输能量的次级目标SINR海量存储系统(MSs)中,这样可以满足。因此,次级MSs的发射功率可以估计的宏/毫微微BSs。的女士我SINR的目标, ,可以确定从女士的速度要求。
3所示。有效的资源配置
图1显示了BS下运作提出方案。调度器传统选择一个数量的海量存储系统(MSs)中从这些连接的废话,然后决定槽数为选定的海量存储系统(MSs)中。注意,可以选择不同的调度策略,如传统的调度器。拟议的计划然后用于确定哪些时段分配给所选的海量存储系统(MSs)中。
和表示数量的时隙分配给宏女士米和毫微微女士我位于毫微微 ,分别。然后,和定义的时段分配宏观BS和毫微微废话吗k分别在哪里和 。宏BS的上行资源利用率和毫微微废话k 可以表示为 这是分配时间槽的数量占总时间的比例。
3.1。使用优化资源分配方案
在优化方案中,上行干扰从宏观MSs应该是每个毫微微BSk通过其回程链接。因此,优化方案可以毫微微BS的能力最大化k不管任何资源配置的宏观废话, 。我们使用下面的整数规划方法设计优化方案: 受 在哪里是一个矩阵的元素表示的资源分配器毫微微BSk, 。目标函数(4)的目的是最大化的总额能力都属于毫微微BS毫微微海量存储系统(MSs)中k。此外,方程(5)描述了约束,一个时间段不能同时共享多个毫微微海量存储系统(MSs)中。此外,方程(6)表明,分配时间槽的总数毫微微女士我是 。方程(7)和(8),分别描述了二进制资源分配器的毫微微 和宏观废话 。
解决方案的制定问题,每毫微微BSk可以获得最优资源分配程序 。然而,一个巨大的信令开销需要确定上行干扰毫微微BS。此外,毫微微BS需要解决一个整数规划问题,这也需要大量的计算。
2.2。使用启发式资源分配方案
为了避免与优化方案遇到的问题,提出了一种启发式方案,减少了计算复杂度的操作在一个分布式的方式。同时,在传统OFDM-based双层或多层资源分配算法采用标准,宏观BS和毫微微BSs使用资源或频带分离,以避免和减轻注液电池干扰。通过这种方式,比较能力不能优化。的合作宏观BS和毫微微BSs几乎不可能在实际部署场景因为宏观BS的供应商和供应商的毫微微BSs并不相同。因此,它是非常重要的资源管理算法之间的宏观BS和毫微微BSs应该在一个分布式的方式工作。的系统模型方案正在完全相同的系统模型优化方案。鉴于宏观女士,使用大量的电力传输时可能严重干扰邻近的家庭基站;利用提出的启发式算法,BSs可以配合毫微微覆盖宏观BS资源分配。
我们描述宏观BS如何运作的启发式方案。首先,该指数的时间槽和宏观BS的资源分配器正在初始化。第二,宏观的废话分类MSs安排在时间t, 。第三,宏观的废话分配时间槽计划宏观海量存储系统(MSs)中基于传输能量的降序排序。宏女士最大的传输能量从预定的宏观选择海量存储系统(MSs)中, 。一个槽j然后分配给所选宏观女士吗( )。最后,槽的指数j和插槽的数量分配给宏女士 , ,更新。宏观的废话可能继续分配槽选择宏女士升序的槽指数(从1到N),直到插槽的数量分配给宏女士满意( )。总结了这个操作算法1。
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毫微微BS的操作k在启发式方案描述如下。首先,该指数的时间槽和毫微微BS资源分配器正在初始化。第二,毫微微女士的废话分类毫微微调度时间t, 。第三,鉴于宏观BS分配槽预定的宏观海量存储系统(MSs)中基于传输能量在降序排列,预定的毫微微BS分配槽毫微微降序排列的时间段(女士1)为了减少干扰宏观海量存储系统(MSs)中,如下所示。即使从宏观的干扰量海量存储系统(MSs)中是相同的,一个女士毫微微低目标SINR可能经历更多能力退化比毫微微女士SINR高目标。因此,毫微微女士最小的目标选择SINR的预定毫微微海量存储系统(MSs)中, 。毫微微BS然后分配一个插槽j对所选的毫微微女士( )。最后,槽的指数j和插槽的数量分配给宏女士 更新。毫微微BS可能保持分配槽选择毫微微女士降序排列的位置(从1)到插槽的数量分配到毫微微女士满意( )。毫微微BS总结了算法的操作2。
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使用启发式方案意味着家庭基站的容量的情况下可能会低于因为资源分配使用启发式的优化方案。但是,由于家庭基站不需要获得任何信息的上行干扰产生宏观海量存储系统(MSs)中,启发式方案可以操作在一个分布式的方式。启发式方案的计算复杂度,可以派生 ,也远低于的优化方案。尽管宏观BS需要额外计算的复杂性合作资源分配,整体计算复杂度低,启发式方案可能是负担得起的和发生在真正的时间。和生成注液电池的移动电台干扰明显的资源分配可以有效地考虑到宏观BS和毫微微BSs以分布式的方式。
4所示。仿真结果和结论
对于我们的模拟环境中,我们考虑一个双层毫微微蜂窝网络K毫微微BSs的均匀位于覆盖宏观BS。在绩效评估中,我们只考虑的能力毫微微BSs位于宏单元的外部区域。在仿真中,比例公平调度程序被用于传统的调度器的BS。频道收益( , ,和 ),和海量存储系统(MSs)中,的位置决定在与参考场景模拟(19]。总结了详细参数表1。我们发现的解决优化问题中描述方程(4)- (8)通过使用MATLAB然后相比,该算法的性能评价也由MATLAB仿真。
图2描述外部毫微微BS的平均容量根据上行资源利用率如果宏观BS的上行资源利用率 。拟议的计划显然屈服能力增强了随机方案在哪些时段随机分配到毫微微海量存储系统(MSs)中。当毫微微BS的上行资源利用率增加时,很明显,在上行干扰的数量增加。因此,提出方案的能力增强的从41%降至4%,因为调度增益下降。当毫微微BS的资源利用率最大( ),获得建议的方案是至少的。
图3描述的平均容量外毫微微BS根据上行资源利用率情况下,上行资源利用的宏观BS 。当宏观BS的上行资源利用率增加,上行干扰的毫微微BSs也增加。因此,随机启发式方案和计划的能力增强减少相比的优化方案。当毫微微BS的资源利用率k小于未使用的资源利用的宏观BS ( ),启发式方案分配上行资源不能使用的宏观MSs毫微微MSs属于毫微微BSk。在这种情况下,启发式方案显示了相同的性能优化方案,因为它可以避免强烈的上行干扰。
图4描述的平均容量外毫微微BS根据上行资源利用率如果宏观BS的上行资源利用率 。即使对于宏观b的情况下,资源利用率较高,提出了启发式方案仍优于随机方案。
绩效评估使用密集的系统级仿真验证,提出启发式方案和优化方案都是有效改善家庭基站的容量。优化方案显示所有情况下的最佳性能,和启发式方案的性能与优化的方案,当宏观BS的上行资源利用率低。启发式方案更可行的实际实现的复杂性,因为家庭基站不需要额外的程序关于上行干扰的测量和报告从宏观海量存储系统(MSs)中,使实时实现。
数据可用性
没有数据被用来支持本研究。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
本研究项目的一部分名为分布式水下监视和控制网络的发展,由海洋和渔业、韩国。这部分工作是由韩国国家研究基金会(NRF)授予由韩国政府资助(MSIT)(没有。nrf - 2018 r1c1b5045013),这项工作是由来自韩国忠北国立大学2018年的研究资助。