魯蔚鋒，吳蒙

（1.南京郵電大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，江蘇 南京 210003；2.南京郵電大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院，江蘇 南京 210003）

1 引言

由于 CDMA的靈活性和更高的性能優(yōu)勢(shì)，它已經(jīng)被作為cdma2000和UMTS系統(tǒng)的接入方法。在 CDMA蜂窩系統(tǒng)中，小區(qū)中所有用戶在同一時(shí)間內(nèi)使用相同的頻率信道，并且擴(kuò)頻機(jī)制被用于區(qū)分不同用戶的信號(hào)。然而，由于 CDMA系統(tǒng)所用到的擴(kuò)頻碼序列很難實(shí)現(xiàn)完全正交，而且根據(jù)移動(dòng)通信信道因多徑傳播會(huì)引起時(shí)延擴(kuò)展以及具有多普勒頻移等特性，可以說(shuō)擴(kuò)頻序列之間根本不可能達(dá)到完全正交，所以各用戶的擴(kuò)頻信號(hào)之間必然存在一定的相關(guān)性，這就是 CDMA系統(tǒng)中存在多址干擾（MAI, multiple access interference）的根源。由于CDMA系統(tǒng)是一個(gè)干擾受限的系統(tǒng)，因此MAI成為影響系統(tǒng)容量和性能提高的主要因素[1]。一種直接增加系統(tǒng)容量的方法是增加更多的小區(qū)數(shù)量，但是隨著小區(qū)數(shù)量的增加，將會(huì)大大增加網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的開(kāi)銷。因此，需要尋找其他具有較低開(kāi)銷和復(fù)雜性的增強(qiáng)技術(shù)。許多技術(shù)已經(jīng)被提出通過(guò)消除小區(qū)內(nèi)干擾來(lái)增加系統(tǒng)的上行鏈路容量，例如多用戶檢測(cè)、波束形成和小區(qū)扇區(qū)化等技術(shù)[2]。但是所有這些技術(shù)的一個(gè)主要限制因素是小區(qū)間干擾[3]。在典型的蜂窩系統(tǒng)中，基站處的小區(qū)間干擾數(shù)值為小區(qū)內(nèi)干擾的50%到100%。

目前已經(jīng)有許多研究組織考慮在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中使用多跳中繼的方法來(lái)提高傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的性能[4]。與傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的一跳傳輸相比，多跳傳輸所獲得的容量增益來(lái)自于采用多跳中繼后數(shù)據(jù)傳輸中路徑損耗的減少。由于在小區(qū)邊緣的活動(dòng)用戶將會(huì)對(duì)鄰居小區(qū)產(chǎn)生很大的干擾，采用多跳中繼結(jié)構(gòu)可以減小傳統(tǒng)CDMA蜂窩系統(tǒng)所需的高功率信號(hào)強(qiáng)度，因此降低了其他小區(qū)中相鄰信道的MAI，從而增加了系統(tǒng)的容量[5]。然而，為了在不同的跳上傳輸數(shù)據(jù)，多跳蜂窩網(wǎng)絡(luò)需要更多的無(wú)線資源。在文獻(xiàn)[6]所提出的中繼方法中，在一條路由路徑上的不同跳之間以 TDD模式共享著無(wú)線信道資源，可以認(rèn)為這是一種帶內(nèi)信道中繼的方法。目前已經(jīng)有文獻(xiàn)[7,8]對(duì)這種使用帶內(nèi)信道中繼方法的多跳蜂窩網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了性能分析，分析結(jié)果表明在 CDMA蜂窩系統(tǒng)中使用帶內(nèi)信道中繼方法所提高的性能增益是受到限制的。為了提供無(wú)處不在的無(wú)線業(yè)務(wù)，并在不同的頻段上與不同的無(wú)線系統(tǒng)進(jìn)行通信，未來(lái)的移動(dòng)站可能將會(huì)配置多個(gè)無(wú)線接口。例如，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)可能具有2個(gè)接口，一個(gè)用于3G蜂窩網(wǎng)絡(luò)，另一個(gè)用于IEEE 802.11網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)移動(dòng)站經(jīng)歷較差的信道環(huán)境時(shí)，它的數(shù)據(jù)可以通過(guò)使用高速率的WiFi接口與其他可以提供中繼的移動(dòng)站進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，這種實(shí)現(xiàn)方式被稱為帶外信道中繼的方法[9]。文獻(xiàn)[10]使用計(jì)算機(jī)仿真表明：當(dāng)多跳中繼 CDMA蜂窩系統(tǒng)使用帶外信道中繼的方法時(shí)，即使在兩跳中繼的方式下與傳統(tǒng) CDMA蜂窩系統(tǒng)相比，也可以在系統(tǒng)容量方面獲得較大的性能增益。

與文獻(xiàn)[10]相似，本文在傳統(tǒng)CDMA蜂窩系統(tǒng)中采用兩跳中繼和帶外信道的方式來(lái)提高系統(tǒng)的容量。此外，與文獻(xiàn)[11]中所分析可變數(shù)據(jù)速率兩跳中繼 CDMA蜂窩系統(tǒng)的下行鏈路容量相比，本文主要分析固定數(shù)據(jù)速率兩跳中繼 CDMA蜂窩系統(tǒng)的上行鏈路容量。本文在使用帶外信道進(jìn)行流量中繼的情況下，提出了2種可以提高CDMA蜂窩系統(tǒng)上行鏈路容量的中繼方法，并分別得到了這 2種方法對(duì)當(dāng)前小區(qū)和鄰居小區(qū)總的干擾功率。為了方便計(jì)算上行鏈路容量的閉合形式解，介紹了一種兩跳中繼 CDMA蜂窩系統(tǒng)的小區(qū)系統(tǒng)模型，并分別得到了不同情況下各個(gè)小區(qū)中 CDMA上行鏈路容量的計(jì)算公式。最后通過(guò)數(shù)值計(jì)算對(duì)兩跳中繼CDMA蜂窩系統(tǒng)的上行鏈路容量進(jìn)行分析，并討論了2種中繼方法對(duì)系統(tǒng)性能所產(chǎn)生的影響。

2 2種提高 CDMA系統(tǒng)上行鏈路容量的中繼方法

在本節(jié)中將提出2種提高CDMA蜂窩系統(tǒng)上行鏈路容量的中繼方法：中繼流量到鄰居小區(qū)和中繼流量到當(dāng)前小區(qū)。其中，中繼流量到鄰居小區(qū)的方法是指將小區(qū)邊緣地區(qū)的用戶流量通過(guò)兩跳中繼的方式轉(zhuǎn)移到鄰居小區(qū)中。而中繼流量到當(dāng)前小區(qū)的方法是指將小區(qū)邊緣地區(qū)的用戶流量通過(guò)兩跳中繼的方式轉(zhuǎn)移到當(dāng)前小區(qū)中離基站距離更近的地區(qū)中。提出設(shè)計(jì)這2種中繼方法的主要思想是根據(jù)部分用戶在小區(qū)中所處的位置，使它們通過(guò)兩跳中繼的方式與當(dāng)前或鄰居小區(qū)中的基站進(jìn)行通信。在所提出的 2種中繼方法中都使用了帶外信道的中繼方式，系統(tǒng)中每個(gè)移動(dòng)站（MS, mobile station）有2個(gè)無(wú)線接口，分別為蜂窩接口和ad hoc接口。當(dāng)MS通過(guò)蜂窩接口與基站（BS, base station）通信時(shí)，使用傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)頻段。而通過(guò)ad hoc接口與中繼站（RS, relay station）通信時(shí)，則使用與蜂窩網(wǎng)不同的頻段。下面分別將上述MS或RS與BS，以及MS與RS之間的通信鏈路稱為蜂窩鏈路和中繼鏈路。此外，假設(shè)中繼鏈路的容量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于蜂窩鏈路，因此兩跳中繼蜂窩網(wǎng)絡(luò)的容量?jī)H受到蜂窩接口干擾的限制。所以在本文中所分析的干擾功率是以蜂窩鏈路之間干擾為基礎(chǔ)，而忽略中繼鏈路之間的干擾。

為了便于分析，將使用具有圓形小區(qū)的 CDMA蜂窩系統(tǒng)模型來(lái)代替常用的六邊形小區(qū)模型[12]。假設(shè)Rs為圓形小區(qū)的半徑，Rc為六邊形小區(qū)的半徑。圖1給出了在無(wú)中繼方式下，基站所接收到干擾功率的圓形小區(qū)模型。從圖中可以看出，一個(gè)MS位于極坐標(biāo)為（r1,θ）的點(diǎn)N處，其中，它所在小區(qū)b的中心為坐標(biāo)原點(diǎn)O。由此可以得到它與鄰居小區(qū)c中心的距離r0為：假設(shè)系統(tǒng)中的用戶在每個(gè)小區(qū)覆蓋范圍中均勻分布，但是每個(gè)小區(qū)具有不同的用戶數(shù)量，例如 Kc表示為BSc所在小區(qū)的用戶數(shù)量。并且假設(shè)系統(tǒng)中不同小區(qū)的基站需要不同的接收功率，例如Pc表示為BSc的接收功率。

圖1 無(wú)中繼方式下干擾功率的圓形小區(qū)模型

只進(jìn)行第1層干擾小區(qū)所引起的“小區(qū)外部干擾”計(jì)算，并且忽略快速和陰影衰落的影響，則可以獲得對(duì)小區(qū)c的外部干擾功率 Iinter_cell。

其中， b ∈Nc表示小區(qū)b為小區(qū)c的鄰居小區(qū)，n是衰退指數(shù)。此外，小區(qū)c的內(nèi)部干擾功率 Iintra_cell為小區(qū)內(nèi)部的Kc-1個(gè)用戶的干擾。

根據(jù)上述公式，可以獲得小區(qū)c總的干擾功率Itotal_cell為

2.1 中繼流量到鄰居小區(qū)的方法

圖 2給出的是在中繼流量到鄰居小區(qū)的方法下，基站所接收到干擾功率的圓形小區(qū)模型。在小區(qū)c中，可以通過(guò)使用兩跳中繼的方式將它位于小區(qū)邊緣的用戶轉(zhuǎn)移到鄰居小區(qū)中，例如圖2中的鄰居小區(qū)a和b。小區(qū)c中的MS可以通過(guò)中繼鏈路與鄰居小區(qū)中的RS進(jìn)行通信，RS繼而使用蜂窩鏈路與本小區(qū)中BS進(jìn)行通信。假設(shè)在小區(qū)c中，可以直接使用蜂窩鏈路與基站進(jìn)行通信的MS所覆蓋范圍是以BSc為中心，R1為半徑的圓。那么位于內(nèi)徑為R1，外徑為Rs圓環(huán)區(qū)域中的MS可以通過(guò)中繼方式與鄰居小區(qū)中的BS進(jìn)行通信。

圖2 中繼流量到鄰居小區(qū)方法下干擾功率的圓形小區(qū)模型

假設(shè)鄰居小區(qū)中的RS是均勻分布的，并且在小區(qū)c中可以使用中繼的每個(gè)MS和鄰居小區(qū)中的RS是一一對(duì)應(yīng)的。則小區(qū) c的外部干擾功率為

其中，式（5）右邊的第1項(xiàng)為小區(qū) c的鄰居小區(qū)中原有用戶對(duì)它的干擾。第2項(xiàng)為鄰居小區(qū)中與用于提供中繼功能的RS通信的用戶對(duì)小區(qū)c用戶的干擾。根據(jù)式（4）和式（5），可以獲得小區(qū) c總的干擾功率為

其中，式（8）右邊的前2項(xiàng)為小區(qū)b的鄰居小區(qū)中原有用戶對(duì)它的干擾。其中，第2項(xiàng)為在使用中繼方式的鄰居小區(qū)c中，半徑為R1的圓覆蓋范圍下用戶對(duì)小區(qū)b用戶的干擾。第3項(xiàng)為小區(qū)b的鄰居小區(qū)a中用于提供中繼功能的RS所在用戶對(duì)小區(qū)b中用戶的干擾。根據(jù)式（7）和式（8）可以獲得小區(qū)b總的干擾功率為

2.2 中繼流量到當(dāng)前小區(qū)的方法

圖3給出在中繼流量到當(dāng)前小區(qū)的方法下，基站處所接收到干擾功率的圓形小區(qū)模型。在小區(qū) c中使用了兩跳中繼的方式將它位于小區(qū)邊緣的用戶中繼到離本小區(qū)基站更近的位置。小區(qū) c中的 MS可以通過(guò)中繼鏈路與當(dāng)前小區(qū)中的 RS進(jìn)行通信，RS繼而使用蜂窩鏈路與本小區(qū)中BS進(jìn)行通信。從圖中可以看出小區(qū)c中被劃分為3個(gè)區(qū)域，分別為：以BS為中心，半徑為R2的圓所包含的區(qū)域?yàn)樾^(qū)中MS直接與BSc進(jìn)行通信的范圍；內(nèi)徑為R2，外徑為R3的圓環(huán)區(qū)域?yàn)镸S可以使用兩跳中繼與BSc間接通信的范圍；內(nèi)徑為R3，外徑為Rs的圓環(huán)區(qū)域?yàn)镸S無(wú)法使用兩跳中繼與BSc間接通信的范圍。

圖3 中繼流量到當(dāng)前小區(qū)方法下干擾功率的圓形小區(qū)模型

和無(wú)中繼方式下外部干擾功率計(jì)算一樣，小區(qū)c的外部干擾功率為

由于在小區(qū)c中使用兩跳中繼方式將部分小區(qū)邊緣的用戶流量轉(zhuǎn)移到靠近BSc附近的區(qū)域，所以小區(qū)c中可以使用中繼方式的用戶對(duì)小區(qū)b的干擾變成了提供中繼功能的RS所在用戶的干擾。此外小區(qū)b的外部干擾還包括小區(qū)c中直接和BSc通信用戶的干擾，以及小區(qū)b其他沒(méi)有使用中繼功能鄰居小區(qū)中用戶的干擾。所以小區(qū)b的外部干擾功率為

其中，式（14）右邊的第1項(xiàng)為沒(méi)有使用中繼功能的鄰居小區(qū)中用戶對(duì)小區(qū)b的干擾，第2項(xiàng)為使用了中繼功能的小區(qū)c中的用戶對(duì)它的干擾。根據(jù)式（13）和式（14）可以獲得小區(qū) b總的干擾功率為

3 兩跳中繼CDMA蜂窩系統(tǒng)上行鏈路容量的小區(qū)模型

由于在不對(duì)稱情況下，很難求得 CDMA上行鏈路容量的閉合形式解[13]。所以考慮在一個(gè)對(duì)稱的7小區(qū)CDMA蜂窩系統(tǒng)下，計(jì)算使用中繼功能系統(tǒng)可以獲得的上行鏈路容量。這里將上行鏈路容量表示為系統(tǒng)中小區(qū)可以容納的用戶數(shù)量。圖4給出了兩跳中繼CDMA上行鏈路容量的小區(qū)模型。小區(qū)0為使用了兩跳中繼功能的小區(qū)，在它覆蓋的范圍內(nèi)均勻分布著K0個(gè)移動(dòng)用戶。而在以小區(qū)0為中心的第1層鄰居小區(qū)（小區(qū)1到6）中沒(méi)有使用中繼的功能，并且在每個(gè)鄰居小區(qū)中均勻分布著K1個(gè)移動(dòng)用戶。為方便計(jì)算，假設(shè)不考慮在第2層以外的小區(qū)對(duì)這個(gè)7小區(qū)系統(tǒng)所帶來(lái)干擾的影響。假設(shè)在上行鏈路方向，使用中繼功能的小區(qū)0所在基站接收功率為P0。而由于對(duì)稱性，沒(méi)有使用中繼功能的其他小區(qū)所在基站接收功率為 Pb＝P1，其中，b＝2,…,6。根據(jù)上節(jié)的分析過(guò)程，在忽略快速和陰影衰落影響的情況下，可以獲得對(duì)稱小區(qū)模型下的各個(gè)小區(qū)總的干擾功率。

圖4 兩跳中繼CDMA上行鏈路容量的小區(qū)模型

1) 當(dāng)系統(tǒng)不具有中繼功能時(shí)，小區(qū)0和小區(qū)1總的干擾功率Ia和Ib分別為

2) 當(dāng)系統(tǒng)具有中繼功能，并采用第1種中繼方法時(shí)，小區(qū)0和小區(qū)1總的干擾功率Ia和Ib分別為

3) 當(dāng)系統(tǒng)具有中繼功能，并采用第2種中繼方法時(shí)，小區(qū)0和小區(qū)1總的干擾功率Ia和Ib分別為

由于寬帶編碼CDMA信號(hào)的帶寬值W?1/R，其中，R是信息比特率，干擾的功率譜密度I0可以用干擾功率除以頻譜帶寬得到，即Ia/W或Ib/W。接收信號(hào)比特能量Eb為P0/R或P1/R。由此可以獲得信號(hào)比特能量與干擾頻譜密度之比Eb/I0為

將式（16）～式（21）所獲得的各個(gè)小區(qū)的干擾功率代入式（22），通過(guò)公式變換便可以獲得小區(qū)0和小區(qū)1的CDMA上行鏈路容量K0和K1。

4 容量分析

本節(jié)將考慮在7小區(qū)模型基礎(chǔ)上，通過(guò)數(shù)值方法對(duì)兩跳中繼 CDMA蜂窩系統(tǒng)的上行鏈路容量進(jìn)行分析。在小區(qū)模型中假設(shè)小區(qū)0為擁塞小區(qū)，而它的鄰居小區(qū)為非擁塞小區(qū)。這種類型的流量模型對(duì)應(yīng)著在某個(gè)城市地區(qū)存在著一個(gè)流量密度較大的熱點(diǎn)小區(qū)，并且流量密度隨著與小區(qū)中心距離的增加而逐漸下降。假設(shè)系統(tǒng)只考慮距離相關(guān)的路徑損耗模型，其中，衰退指數(shù)n=4。系統(tǒng)的傳輸帶寬W=5MHz，每個(gè)連接的傳輸信息比特率R=64kbit/s，并且系統(tǒng)所需求的Eb/I0=5(或7dB)。此外，當(dāng)系統(tǒng)采用第2種中繼方法時(shí)，假設(shè)R2=0.5Rs。

圖5給出了在第1種中繼方法中，小區(qū)0中可容納的K0與R1/Rs之間的關(guān)系，其中，R1/Rs為已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的無(wú)法獲得中繼輔助范圍的半徑。從圖中可以看出當(dāng)鄰居小區(qū)中的K1較小時(shí)，隨著R1/Rs的增加，K0將逐漸下降。這是由于當(dāng) K1較小時(shí)，在小區(qū)0中可以通過(guò)中繼的方式將更多的流量轉(zhuǎn)移到鄰居小區(qū)中。其中，當(dāng) R1/Rs=1.0時(shí)，為傳統(tǒng)無(wú)中繼CDMA蜂窩系統(tǒng)的情況。這時(shí)小區(qū)0中的用戶流量將無(wú)法中繼轉(zhuǎn)移到鄰居小區(qū)中，所以系統(tǒng)獲得了最低的K0。當(dāng)K1較大時(shí)，如當(dāng)K1=12時(shí)，K0剛開(kāi)始隨著R1/Rs的增加而逐漸增加，當(dāng)R1/Rs增加到0.7時(shí)，K0達(dá)到最大值。隨后K0將隨著R1/Rs的增加而逐漸減小。這是由于當(dāng)R1/Rs較小時(shí)，小區(qū)0可以轉(zhuǎn)移更多的用戶流量到鄰居小區(qū)中。但是由于這時(shí)鄰居小區(qū)中的用戶數(shù)量已經(jīng)較大，所以轉(zhuǎn)移到鄰居小區(qū)的流量將會(huì)對(duì)小區(qū) 0產(chǎn)生較大的外部干擾功率。隨著R1/Rs的增加，雖然從小區(qū)0轉(zhuǎn)移到鄰居小區(qū)中的用戶數(shù)量逐漸減少，但是鄰居小區(qū)對(duì)小區(qū)0所產(chǎn)生的外部干擾功率也將會(huì)減少，所以K0將會(huì)逐漸增加。當(dāng)R1/Rs增加到0.7后，雖然小區(qū)0中可以轉(zhuǎn)移到鄰居小區(qū)的流量將越來(lái)越小，但是所產(chǎn)生的小區(qū)外部干擾功率要大于轉(zhuǎn)移流量所產(chǎn)生的內(nèi)部干擾功率，所以將會(huì)導(dǎo)致 K0逐漸減少。最后當(dāng)K1很大時(shí)，如當(dāng)K1=14時(shí)，K0將隨著R1/Rs的增加而逐漸增加。這是由于當(dāng)K1很大時(shí)，鄰居小區(qū)所產(chǎn)生的小區(qū)外部干擾功率也將會(huì)很大。但是隨著R1/Rs的增加，小區(qū)0中可以轉(zhuǎn)移的流量將逐漸減少，所產(chǎn)生的小區(qū)外部干擾功率也將會(huì)逐漸減少，從而增加了K0的大小。

圖5 第1種中繼方法中K0與R1/Rs的關(guān)系

圖6給出了在第1種中繼方法中，小區(qū)0中可容納的 K0與鄰居小區(qū)中 K1之間的關(guān)系。其中R1=1.0，Rs所描述的曲線為傳統(tǒng)無(wú)中繼CDMA蜂窩系統(tǒng)的情況。從圖中可以看出，K0隨著 K1的增加而逐漸減小。這是由于當(dāng)K1越大時(shí)，在鄰居小區(qū)中所產(chǎn)生的外部干擾功率對(duì) K0的影響程度越大。當(dāng)R1/Rs=0.5時(shí)，在K1較小的情況下小區(qū)0可以獲得最大的K0。但是當(dāng)K1增加到11時(shí)，系統(tǒng)所獲得的K0將小于 R1/Rs=0.7情況下的數(shù)值大小。這是因?yàn)殡m然具有較小R1的小區(qū)0可以將更多的流量轉(zhuǎn)移到鄰居小區(qū)中，但是當(dāng)K1增加到某個(gè)特定數(shù)值時(shí)[0]，鄰居小區(qū)對(duì)小區(qū) 0的外部干擾將成為影響 K0的主要部分。同樣當(dāng)K1增加到13時(shí)，系統(tǒng)所獲得的K0將小于R1/Rs=1.0情況下的數(shù)值大小。當(dāng)R1/Rs=0.7時(shí)，在K1較小的情況下K0的曲線變化比較平穩(wěn)。這是因?yàn)樾^(qū)0中可以轉(zhuǎn)移到鄰居小區(qū)中的流量較小，所以鄰居小區(qū)對(duì)小區(qū)0產(chǎn)生的外部干擾功率也相對(duì)較小。當(dāng)K1增加到11以后，隨著鄰居小區(qū)所產(chǎn)生外部干擾功率的增大，導(dǎo)致K0下降的幅度也將會(huì)增大。從圖中可以看出當(dāng)K1較小時(shí)，使用中繼方式的小區(qū)0可以容納比無(wú)中繼情況下更多的K0。但是當(dāng)K1較大時(shí)，這種性能上的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)不明顯了。隨著K1的進(jìn)一步增加，當(dāng)鄰居小區(qū)已經(jīng)處于擁塞狀態(tài)時(shí)[0]，使用中繼方式的小區(qū)0所獲得的容量甚至要小于傳統(tǒng)CDMA蜂窩系統(tǒng)時(shí)的情況。所以在K1較小的情況下，隨著R1/Rs的減小，系統(tǒng)獲得小區(qū)0上行鏈路容量增加的效果將會(huì)更加明顯。

圖6 第1種中繼方法中K0與K1的關(guān)系

圖7給出了在第2種中繼方法中，小區(qū)0中可容納的K0與R3/Rs之間的關(guān)系，其中，R3/Rs為已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的可以獲得中繼輔助范圍的半徑。當(dāng)R3/Rs=0.5時(shí)，為傳統(tǒng)無(wú)中繼CDMA蜂窩系統(tǒng)的情況。隨著 R3/Rs的增加，小區(qū) 0中可以轉(zhuǎn)移的流量將逐漸增加。從圖中可以看出，當(dāng)K1較小時(shí)，如當(dāng)K1=5，隨著 R3/Rs的增加，K0將保持不變。這是由于當(dāng)K1較小時(shí)，鄰居小區(qū)對(duì)小區(qū)0所產(chǎn)生的外部干擾功率很小，因此 R3/Rs的增加不會(huì)對(duì)小區(qū)0上行鏈路的容量產(chǎn)生影響。當(dāng)K1較大時(shí)，如當(dāng)K1=10，隨著 R3/Rs的增加，K0一開(kāi)始保持不變。當(dāng) R3/Rs繼續(xù)增加時(shí)，K0將會(huì)逐漸增加。這是因?yàn)楫?dāng)鄰居小區(qū)的負(fù)載較大時(shí)，較小的 R3/Rs對(duì)應(yīng)著較小的流量轉(zhuǎn)移，所以鄰居小區(qū)對(duì)小區(qū)0所產(chǎn)生的外部干擾功率變化不大。但當(dāng)R3/Rs繼續(xù)增加時(shí)，由于在小區(qū)0中進(jìn)行中繼轉(zhuǎn)移的流量將逐漸增大，因此所產(chǎn)生的外部干擾功率將會(huì)逐漸減少。當(dāng)K1很大時(shí)，例如當(dāng)K1=14，隨著R3/Rs的增加，K0將逐漸增加。從圖中可以看出，代表K0的曲線隨R3/Rs增加而上升的幅度最大。這是由于當(dāng)鄰居小區(qū)已經(jīng)處于擁塞狀態(tài)時(shí)，隨著 R3/Rs的增加，系統(tǒng)使用中繼功能而減少小區(qū)0外部干擾功率的作用將會(huì)更加明顯，從而可以有效提高小區(qū)0的上行鏈路容量。

圖7 第2種中繼方法中K0與R3/Rs的關(guān)系

圖8給出了在第2種中繼方法中，小區(qū)0中可容納的K0與鄰居小區(qū)中K1之間的關(guān)系。從圖中可以看出，當(dāng)R3/Rs=1時(shí)，K0隨著K1的增加而保持不變。這說(shuō)明即使在K1很大的情況下，使用中繼功能的小區(qū)0也可以容納很大的K0。但是當(dāng)R3/Rs＜1時(shí)，K0隨著K1的增加而減少。這是因?yàn)閷?duì)于較小R3/Rs而言，在小區(qū)0中可以通過(guò)中繼轉(zhuǎn)移的流量將會(huì)減少。所以隨著K1的增加，鄰居小區(qū)對(duì)小區(qū)0產(chǎn)生的外部干擾功率作用更加明顯。同時(shí)從圖中可以看出隨著R3/Rs的逐漸減小，代表K0曲線下降的斜率將逐漸增大。這是由于R3/Rs越小，鄰居小區(qū)對(duì)小區(qū)0所產(chǎn)生的外部干擾功率越大，特別是在K1很大的情況下。其中，當(dāng)R3/Rs=0.5時(shí)，小區(qū)0可以容納的K0最少，這對(duì)應(yīng)著傳統(tǒng)無(wú)中繼CDMA蜂窩系統(tǒng)的情況。所以在K1很大的情況下，隨著R3/Rs的增加，通過(guò)中繼方式增加小區(qū)0上行鏈路容量的效果會(huì)更明顯。

圖8 第2種中繼方法中K0與K1的關(guān)系

5 結(jié)束語(yǔ)

本文在一種兩跳中繼 CDMA蜂窩系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了2種使用帶外信道的中繼方法來(lái)減少系統(tǒng)產(chǎn)生的小區(qū)間干擾，從而有效提高系統(tǒng)的上行鏈路容量。其中，第1種中繼方法是通過(guò)兩跳中繼方式將小區(qū)邊緣的用戶流量轉(zhuǎn)移到鄰居小區(qū)中。而第2種中繼方法的系統(tǒng)是通過(guò)兩跳中繼方式將小區(qū)邊緣的用戶流量轉(zhuǎn)移到當(dāng)前小區(qū)中離基站較近的區(qū)域。通過(guò)分析可知：第1種中繼方法適用于鄰居小區(qū)負(fù)載較低，而當(dāng)前小區(qū)處于擁塞狀態(tài)時(shí)的情況。第2種中繼方法適用于鄰居小區(qū)負(fù)載較高，而當(dāng)前小區(qū)處于任何狀態(tài)時(shí)的情況。此外，在第2種中繼方法中，系統(tǒng)所增加的上行鏈路容量將最終受到?jīng)]有小區(qū)間干擾情況下單個(gè)小區(qū)容量的限制。下一步工作將研究?jī)商绞较峦瑫r(shí)使用這2種中繼方法時(shí)對(duì)系統(tǒng)性能的影響，并對(duì)這種集成系統(tǒng)的下行鏈路容量增益情況進(jìn)行分析。

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