OFDMA飞蜂窝系统中随机存取案例 - 副本

1、基于OFDMA 的飞蜂窝网络中的随机接入技术汇报人：何旭萌 导师：张立志1/22飞蜂窝飞蜂窝的提出飞蜂窝的干扰问题飞蜂窝的关键技术OFDMA基于OFDMA的飞蜂窝网络中的随机接入干扰协调的困难OFDMA的多址接入策略批量接入模型基于OFDMA的随机MAC算法实例第2页/共22页飞蜂窝的提出高速的数据业务和可靠的室内信号覆盖是当前移动通信急需解决的两大问题，为了解决这些问题，提出了不同的解决方案，如微蜂窝基站、分布式天线等，这些技术虽然有效的提高了数据传输速率，但是并没有有效的解决室内信号覆盖的问题，因此，飞蜂窝应运而生。飞蜂窝也被称为家庭基站，是一种由用户安装在室内的低功率、低成本、小范围覆盖

2、的移动通信接入点，通过室内已有的宽带线路作为回程链路与宏蜂窝网络相连。第3页/共22页飞蜂窝的提出宏蜂窝覆盖半径比较大，一般在1-2.5千米左右，有的甚至达到20千米以上，因为小区的覆盖面积比较大，所以在覆盖区域内往往存在“盲区”和“忙区”；为了解决盲区和忙区的问题，就出现了微蜂窝和微微蜂窝技术，由于微蜂窝具备覆盖范围小、传输功率低、体积小、安装灵活方便等优点，可以作为宏蜂窝的补充与延伸；而现在所提出的飞蜂窝又是作为微蜂窝的补充出现的，它的覆盖范围更小，安装在室内，提高服务质量，改善室内信号覆盖质量，可以明显提高用户的宽带和语音服务质量；飞蜂窝覆盖半径小，接入的手机会降低其发射功率，从而节省电

3、池，减少对人体的辐射。第4页/共22页含有飞蜂窝的蜂窝网络结构图第5页/共22页飞蜂窝的干扰问题1、飞蜂窝与宏蜂窝之间的干扰问题宏蜂窝边缘用户距离宏蜂窝基站很远，用户将用最大功率与宏蜂窝基站通信。若在此宏蜂窝用户附近有飞蜂窝基站，此基站将会受到宏蜂窝用户的强烈干扰，并可能由于干扰过强，导致信噪比很低，使得上行链路飞蜂窝用户无法与飞蜂窝基站正常通信，此为上行链路情形；第6页/共22页飞蜂窝的干扰问题宏蜂窝边缘用户距离宏蜂窝基站很远，收到的信号很弱，如果该用户附近有一个飞蜂窝基站，就会对宏蜂窝用户造成很强的干扰，使得下行链路宏蜂窝用户无法与宏蜂窝基站正常通信，此为下行链路情形。第7页/共22页飞蜂

4、窝的干扰问题2、飞蜂窝与飞蜂窝之间的干扰问题两个相邻飞蜂窝用户工作在相同的上行频带，其中一个飞蜂窝用户距离另一个飞蜂窝很近，该飞蜂窝能接收到两个飞蜂窝用户的上行信号，在干扰严重时，被干扰的飞蜂窝不能正确解调飞蜂窝用户的上行信号。第8页/共22页飞蜂窝的干扰问题一个飞蜂窝用户距离工作在同一频带的另一个飞蜂窝很近，该飞蜂窝用户能接收到两个下行信号，严重时干扰信号造成飞蜂窝用户的信号干扰比过低导致不能正常工作；第9页/共22页飞蜂窝飞蜂窝的提出飞蜂窝的干扰问题飞蜂窝的关键技术OFDMA基于OFDMA的飞蜂窝网络中的随机接入干扰协调的困难OFDMA的多址接入策略批量接入模型基于OFDMA的随机MAC算

5、法实例第10页/共22页飞蜂窝的关键技术OFDMA正交频分多址技术是一种基于OFDM的多用户复用和接入技术；3GPP、LTE系统采用了OFDMA作为其下行链路的多址接入方式，在LTE下行链路中，经过信道编码、交织和调制之后的数据将映射到OFDMA时频符号上，这就是下行链路的资源映射。如果逐个子载波的进行资源映射，固然可以获得最大的灵活性，但是相应的信令开销也会大到无法忍受，因此OFDMA系统都会基于某种预定义的“子载波组”来映射资源，这个子载波组称为资源块，这样就可以通过信令指定资源块来完成资源的映射。第11页/共22页飞蜂窝的关键技术OFDMA与CDMA飞蜂窝网络相比，OFDMA飞蜂窝网络可

6、在时域和频域解决飞蜂窝与宏蜂窝之间的干扰，并且具有更高的频谱效率，是一种更为有效的室内覆盖解决方案，因此，基于OFDMA的飞蜂窝网络已成为目前的研究热点。第12页/共22页资源块的概念性质资源块是LTE下行链路分配给用户的最小单位。LTE下行链路能够分配给用户的资源包括频域资源、时域资源和空域资源，空域资源分配是通过MIMO实现的。资源块包含了12个子载波（频域）并且持续一个时隙slot（时域）的一个资源组合。一个时隙长0.5毫秒。第13页/共22页资源块的概念性质假设某个用户的信息只占用一个资源块，LTE下行链路先将用户信息数据包串并转换成12路子数据流；每个子数据流用一个子载波进行调制，一

7、共是12个子载波；调制过程重复7次，即产生7个OFDM符号。持续的时间是0.5毫秒；最后12路子载波承载的信息通过并串转换，然后发送出去。第14页/共22页飞蜂窝飞蜂窝的提出飞蜂窝的干扰问题飞蜂窝的关键技术OFDMA基于OFDMA的飞蜂窝网络中的随机接入干扰协调的困难OFDMA的多址接入策略批量接入模型基于OFDMA的随机MAC算法实例第15页/共22页干扰协调的困难1、家庭基站的部署和管理由消费者自己决定,他们的确切位置不会被网络搜索到,因此任何的频率规划都是不可行的；2、由飞蜂窝与移动网络之间经过internet回程链路是高延时的，在宏蜂窝与飞蜂窝之间和临近的飞蜂窝之间的实时干扰协调是不可

8、行的；3、因为飞蜂窝的设计只服务于几个用户，所以干扰的产生主要是由于用户的动态特性引起的时变干扰。第16页/共22页OFDMA的多址接入策略1、集中式对于高度动态干扰场景，家庭基站与网关之间回程延迟较高；而且,随着小区数量的增加系统的复杂性增加的非常快，所以集中式的方案不适用；2、分散式相比于集中式的解决方案，在某些场景，分散式可以提供较好的性能，但是，他们收敛较为迟缓；另外，不能处理较高动态的家庭基站，所以也没被采用；3、随机接入式传统的随机接入式传输数据包时不考虑公用信道的占用情况，只有当接收者反馈信息时才进行重传；在CSMA中，为了避免碰撞，在可能的情况下，用户优先选择空闲的信道进行传输

9、。第17页/共22页OFDMA的多址接入策略在OFDMA中，主张在全部可用的子信道中选择信道传输，多个用户可以同时无碰撞的传输在不同信道上；另外，在发现信道被占用的情况下，可以瞬时转向其他空闲的信道，减少大量的时延。这是区别于传统的随机多址接入的最重要的特点。尽管一些补偿算法被应用，但是这种算法并不适用于用户数量大于可用的子信道数量这样的场景，所以碰撞仍然会发生。第18页/共22页批量接入模型基于以上问题，文章提出了一个批量接入模型，在探究这个批量接入模型前需要先进行一些LTE协议栈基础的补充；PDCP，数据包收敛协议层：主要进行压缩与计算；RLC，无线链路控制层：主要负责来自PDCP层数据包

10、的分割以及串联；MAC，介质访问控制层：主要是资源的分配与调度，以及混合自动重传请求的功能；PHY，物理层：主要是编码、调制以及资源映射。第19页/共22页批量接入模型第20页/共22页批量接入模型第21页/共22页基于OFDMA的随机MAC算法实例考虑在一个含有K个子通道、N个飞蜂窝基站的OFDMA系统中，每个基站只服务一个用户的情况，假设所有的飞蜂窝都在同一个碰撞域，以使得一个子通道在同一时刻只有一个数据包能够传输成功；每个用户的数据包到达概率服从概率为的伯努利到达过程。当数据包到达速率很低时，无论是K-ALOHA还是Simple-Aloha碰撞发生的概率都很低，服务时间也都很短当数据包到达速率很高时，无论是K-ALOHA还是Simple-Aloha碰撞发生的概率都很高，服务