中南林业科技大学学报(自然科学)一种新型无线网络自适应分层覆盖系统研究.doc

一种新型无线网络自适应分层覆盖系统研究 赵兆 (湖南信息职业技术学院，长沙，410001) 摘　要: 本文首先提出了一种衡量分层覆盖系统性能的效用函数，该效用函数综合考虑了阻塞率和切换次数；然后，提出了一种自适应分层覆盖系统，该系统允许接入宏蜂窝的移动台可以与任何基站通信。仿真结果表明，在阻塞率、切换次数、效用函数等方面自适应分层覆盖系统优于传统分层覆盖系统。 关键词: 分层覆盖；阻塞率；切换次数 Research of An Adaptive Hierarchical Coverage Scheme of Wireless Networks Abstract: First, a utility function is proposed to evaluate the performance of hierarchical cellular system. Both the blocking probability and handover times are considered in the function. Second, an adaptive hierarchical cellular system is proposed which allows the mobile equipments in macrocells to communicate with any base station in the system. Simulation results indicate that the adaptive hierarchical cellular system performances better than hierarchical cellular system in blocking probability, handover times and utility function. Key words: Hierarchical Coverage; Blocking Probability; Handover Times 为了满足飞速增长的无线通信的需求，需要从根本上增加业务容量和服务区域的全球覆盖[1]。增加容量和扩展覆盖的一种方法是降低蜂窝的大小，但是这会引起快速运动移动台的频繁切换，最终导致系统开销增大，系统容量下降；另外一种方法是无线网络采用分层蜂窝系统(Hierarchical Cellular System，HCS)。传统的HCS具有干扰大、切换次数多等缺点，本文首先提出了一种效用函数来衡量分层覆盖系统的性能，该效用函数综合考虑了阻塞率和切换次数等因素；其次，本文提出了一种自适应分层覆盖系统（Adaptive Hierarchical Cellular System，AHCS）。 1系统模型 本文的分层网络拓扑结构采用宏蜂窝和微蜂窝的两层覆盖结构[1]，系统由个宏蜂窝组成，每个宏蜂窝包含个微蜂窝，设微蜂窝的半径为。假设每个微蜂窝的中心有一基站，每个宏蜂窝的中心也有一个基站，基站端配置根全向天线。宏小区中的基站表示为，分别表示个宏蜂窝；，表示宏蜂窝的基站，表示微蜂窝的基站。 设当前系统中有个移动台，每个移动台端配置根全向天线，移动台的最大发射功率为，移动台的实际发射功率为。所有移动台都使用相同的业务（如：语音业务），该业务需要占用一个信道资源，业务要求的SINR门限为。 假设导频测量信号经过足够长的时间平均抵消了快衰落，故本文的信道模型中不考虑快衰落。这里只介绍路径衰落和阴影衰落的建模。系统中的路径损耗计算采用哈塔模型，设移动台与基站之间的距离为，则移动台到基站之间的路径损耗为 其中，以km为单位。 阴影衰落服从对数正态分布，其大小及更新可参考文献。设阴影衰落的相关距离为，移动台与基站在时刻的阴影衰落为，则时刻的阴影衰落为 其中，是一个服从均值为，方差为的对数正态分布随机变量，取值为 其中，表示移动台在时间内运动的距离。，为了避免复杂的功率控制问题和过大的干扰，文献[4]建议将系统总的信道分成宏蜂窝可用部分和微蜂窝可用部分，即在整个系统中，宏蜂窝使用相同的部分信道，微蜂窝使用相同的部分信道，这里假设宏蜂窝可用信道数为，微蜂窝可用信道数为，则有 分层覆盖系统一为了提高系统容量，即降低阻塞率；另一方面为了减少切换次数，切换呼叫阻塞率为，单位时间内系统平均切换次数为。为了合理地衡量系统的性能，本文定义一个效用函数 其中，（）为可调参数。 于是，分层覆盖系统的数学模型为 是一个复杂的组合优化问题，而且效用函数不能显式地表达，很难求最优解。分层覆盖系统是式的一种次最优解。 2分层覆盖方案 设分层速率门限为。运动速度大于等于此门限的移动台接入宏小区；运动速度小于