无线通信网络中频率复用的优化研究.pdf
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1、通信前沿无线通信网络中频率复用的优化研究罗颖婷江西省邮电规划设计院有限公司南昌市罗颖婷江西省邮电规划设计院有限公司南昌市330002330002摘要摘要:高效利用有限的频谱资源是当前无线通信网络亟待解决的问题高效利用有限的频谱资源是当前无线通信网络亟待解决的问题。本文分析了小区边缘用户受到的干扰本文分析了小区边缘用户受到的干扰,并进行数学建模并进行数学建模,通过多目标多约束规划方法通过多目标多约束规划方法,解决无线网络优化中频率复用的优化问题解决无线网络优化中频率复用的优化问题,从而平衡小区边缘用户从而平衡小区边缘用户最大化与相邻小区间相互干扰最小化之间的矛盾最大化与相邻小区间相互干扰最小化之
2、间的矛盾。关键词关键词:无线通信网络频率复用多目标多约束优化无线通信网络频率复用多目标多约束优化0引言随着个人无线通信技术的快速发展和移动设备数量随着个人无线通信技术的快速发展和移动设备数量爆炸式的增长爆炸式的增长,各类新业务对高速率的数据传输有了更各类新业务对高速率的数据传输有了更多新的需求多新的需求,如何高效地利用有限的频谱资源成为当前如何高效地利用有限的频谱资源成为当前无线通信网络亟待解决的问题无线通信网络亟待解决的问题。本文详细分析了相邻小区边缘用户所受到的干扰本文详细分析了相邻小区边缘用户所受到的干扰,结合功率控制技术结合功率控制技术,对频率复用技术进行优化对频率复用技术进行优化,具
3、有重具有重要的工程应用价值要的工程应用价值,更加贴近现实更加贴近现实。本文将多小区的频本文将多小区的频率复用问题归结为一个多目标多约束优化问题率复用问题归结为一个多目标多约束优化问题,通过动通过动态调整边缘用户与中心用户的频率分配系数和发射功率态调整边缘用户与中心用户的频率分配系数和发射功率比值比值,在满足不同边缘用户的通信需求前提下在满足不同边缘用户的通信需求前提下,最大化最大化边缘用户总吞吐量边缘用户总吞吐量,以平衡边缘用户吞吐量最大化与相以平衡边缘用户吞吐量最大化与相互之间干扰最小化之间的矛盾互之间干扰最小化之间的矛盾。1问题建模本文对小区边缘用户受到的干扰进行分析本文对小区边缘用户受到
4、的干扰进行分析,根据多根据多目标多约束的规划方法对频率复用进行数学建模目标多约束的规划方法对频率复用进行数学建模,考虑考虑不同的应用场景不同的应用场景,灵活运用多目标决策算法求解数学模灵活运用多目标决策算法求解数学模型型。系统流程如图系统流程如图1 1所示所示。2干扰因素分析频率复用技术中频率复用技术中,小区的边缘用户会受到两类干扰小区的边缘用户会受到两类干扰,分别是分别是:同频干扰和异频干扰同频干扰和异频干扰。同频干扰指的是相邻的同频干扰指的是相邻的两个小区中与该小区边缘用户使用同样频率的中心用户两个小区中与该小区边缘用户使用同样频率的中心用户,对边缘用户产生的干扰对边缘用户产生的干扰。异频
5、干扰指的是由于在实际中异频干扰指的是由于在实际中,相邻小区之间的边缘用户的频段并不能完全保证正交相邻小区之间的边缘用户的频段并不能完全保证正交,图图1 1系统流程图系统流程图从而导致从而导致OFDMOFDM传输时传输时,边缘小区的用户相互之间产生边缘小区的用户相互之间产生异频干扰异频干扰。小区边缘用户的干扰图如图小区边缘用户的干扰图如图2 2所示所示。图图2 2小区边缘用户干扰图小区边缘用户干扰图1009-0940-2023(2)-13-161313JIANGXITONGXINKEJI2023第2期江西通信科技3建模过程考虑小区满负载情况考虑小区满负载情况,用户数量众多用户数量众多,用户在小区
6、用户在小区内均匀分布内均匀分布,每个小区可用的总子载波数每个小区可用的总子载波数N是一样的是一样的。边缘区域与中心区域之间的面积比值固定边缘区域与中心区域之间的面积比值固定。三个小区频三个小区频率分布图如图率分布图如图3 3所示所示。F表示每个小区总的可用频段宽表示每个小区总的可用频段宽度度,P表示各小区总的发射功率表示各小区总的发射功率。m,m=1,2,3表示表示边缘区域用户获得的频段宽度与总的频段宽度的比值边缘区域用户获得的频段宽度与总的频段宽度的比值。图图3 3小区频率分布图小区频率分布图为了适应不同用户的传输需求为了适应不同用户的传输需求,边缘用户与中心用边缘用户与中心用户之间的传输频
7、带和传输功率都不一样户之间的传输频带和传输功率都不一样。小区之间的频小区之间的频带宽度与传输功率的分布图如图带宽度与传输功率的分布图如图4 4所示所示。图图4 4小区的功率频率分布图小区的功率频率分布图对于小区对于小区SectorSector1 1而言而言,边缘区域用户的子载波数量边缘区域用户的子载波数量为为N1,其分配得到的频段宽度为其分配得到的频段宽度为1F,发射功率为发射功率为1P,与之相对应与之相对应,中心区域用户的子载波数量为中心区域用户的子载波数量为N-N1,频频段宽度对应为段宽度对应为()1-1F,发射功率为发射功率为()1-1P。同理可得小区同理可得小区SectorSector
8、2 2和和SectorSector3 3的相关数据的相关数据。为保为保证不同小区边缘用户之间资源分配的公平性证不同小区边缘用户之间资源分配的公平性,设定设定1+2+3=1,1+2+3=1。用户在使用用户在使用SectorSector1 1里面边缘区域的子载波里面边缘区域的子载波i进行通进行通信信,其会受到与之相邻的其会受到与之相邻的SectorSector2 2和和SectorSector3 3中基站使用中基站使用相同频段时对其产生的同频干扰相同频段时对其产生的同频干扰,可以表示为可以表示为:I1i,1=j=1j=iN2|hi,j2(1-2)P+j=1j=iN3|hi,j2(1-3)P(1 1
9、)式中式中,I1i,1表示的是用户在小区表示的是用户在小区SectorSector1 1的边缘区域的边缘区域使用子载波使用子载波i所受到的同频干扰所受到的同频干扰。|hi,j2表示基站使用子表示基站使用子载波载波j与使用子载波与使用子载波i的用户之间的信道增益的用户之间的信道增益,与基站与与基站与用户两者之间的距离用户两者之间的距离、衰落和阴影效应有关系衰落和阴影效应有关系。同时同时,由于边缘区域间子载波不能保证相互之间正由于边缘区域间子载波不能保证相互之间正交交,用户会受到相邻小区的边缘区域子载波的异频干扰用户会受到相邻小区的边缘区域子载波的异频干扰,可以表示为可以表示为:I2i,1=l=N
10、2+1N-N2|hi,l22Pdi,l-Bl/2di,l+Bl/2()sinfTfT2df+l=N3+1N-N3|hi,l23Pdi,l-Bl/2di,l+Bl/2()sinfTfT2df(2 2)式中式中,I2i,1表示的用户在小区表示的用户在小区SectorSector1 1的边缘区域使的边缘区域使用子载波用子载波i所受到的异频干扰所受到的异频干扰。由于不同干扰来源对用户产生的影响是不一样的由于不同干扰来源对用户产生的影响是不一样的。同频干扰时由于不同区域使用相同频段产生的干扰同频干扰时由于不同区域使用相同频段产生的干扰,主主要与基站与用户之间的距离要与基站与用户之间的距离、阴影衰落有关阴
11、影衰落有关;而异频干而异频干扰主要是由于子载波不正交扰主要是由于子载波不正交,子载波传输时产生的旁瓣子载波传输时产生的旁瓣泄露有关泄露有关。同频干扰的影响要大于异频干扰同频干扰的影响要大于异频干扰。为此为此,设设定一组权系数定一组权系数w1和和w2,用户使用子载波用户使用子载波i在在SectorSector1 1边边缘区域受到的干扰可以表示为缘区域受到的干扰可以表示为IIi,1=w1I1i,1+w2I2i,1,式中式中,w1+w2=1。(3 3)由由SectorSector1 1里面的分析里面的分析,可平推得到可平推得到SectorSector2 2、SecSectortor3 3和和Sect
12、orSector2 2、SectorSector3 3里面的边缘用户的干扰情况里面的边缘用户的干扰情况。通过对各个小区边缘用户受到的干扰分析通过对各个小区边缘用户受到的干扰分析,可以得可以得到用户在各个小区边缘的到用户在各个小区边缘的SINRSINR,用户在小区用户在小区SectorSectorm边边1414通信前沿缘区域中子载波缘区域中子载波i的信号干扰噪比的信号干扰噪比SINRi,m可以表示为可以表示为:SINRi,m=mP|h0,i2IIi,m(4 4)式中式中,|h0,i2表示的第表示的第m个小区的基站与使用子载波个小区的基站与使用子载波i的用户之间的信道增益的用户之间的信道增益,II
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