隨著移動通信的發(fā)展，人們對數(shù)據(jù)的需求越來越多，而對傳統(tǒng)的語音業(yè)務(wù)的需求在下降。為了滿足人們對數(shù)據(jù)通信的要求，移動通信服務(wù)商一方面考慮將網(wǎng)絡(luò)細化為微小區(qū)或者微微小區(qū)[1]；另一方面，開始探討由用戶自行部署毫微微蜂窩基站[2]，從而形成了非常獨特的雙層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。由于毫微微蜂窩基站的獨占性，其部署對傳統(tǒng)的蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)布局提出了挑戰(zhàn)。研究人員一方面開始研究毫微微蜂窩基站的部署，比如最優(yōu)密度、最優(yōu)功率分配、頻譜分配[3]等；另一方面，也開始研究毫微微蜂窩基站的部署對傳統(tǒng)蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)的影響[4]。毫微微蜂窩基站的部署一方面可以對用戶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)進行分流，也可以大量降低網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商的部署與運營成本，因此毫微微蜂窩基站一經(jīng)提出就成為人們的研究熱點。

    為了分析蜂窩移動通信系統(tǒng)的性能，參考文獻[5]采用流體模型(Fluid Model)來對網(wǎng)絡(luò)中的基站進行建模，從而推導(dǎo)出終端用戶的接收信噪比，它可以用于整個通信網(wǎng)絡(luò)的分析、設(shè)計與優(yōu)化。具體來講，可以認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)中的干擾基站均勻分布在用戶基站的外圍，進而得到用戶的接收信噪比分布。
    由于終端用戶部署的毫微微蜂窩基站具有隨機分布的特性，因此其網(wǎng)絡(luò)性能變得非常難以分析。研究人員不得不采用近似建模的方式來模擬毫微微蜂窩基站的分布，其中空間泊松隨機點過程SPPP(Spatial Poisson Point Process)[6]常常被用于模擬毫微微蜂窩基站的分布。毫微微蜂窩基站在一定區(qū)域內(nèi)服從泊松分布，而毫微微蜂窩基站在該區(qū)域服從均勻分布。參考文獻[7]利用SPPP分布來模擬毫微微蜂窩基站的分布，推導(dǎo)出了移動終端用戶的中斷概率，并對網(wǎng)絡(luò)性能進行分析。
    本文研究了宏基站、毫微微峰窩基站并存的雙層結(jié)構(gòu)下移動終端用戶的接收信噪比的分布。推導(dǎo)了基于正六邊形分布下小區(qū)用戶的接收信噪比的分布，并推導(dǎo)了基站服從空間泊松點過程情況下用戶接收信噪比的分布。
1 系統(tǒng)模型
    在介紹用戶的接收信噪比分布之前，先介紹網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其中宏基站按照事先計劃進行部署。為了便于分析，本文用規(guī)則正六邊形來模擬宏小區(qū)。
1.1 基于正六邊形的通信網(wǎng)絡(luò)
    圖1顯示了基于正六邊形的移動蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)，其中宏基站的覆蓋范圍用正六邊形來進行模擬，而毫微微蜂窩基站則隨機分布于整個網(wǎng)絡(luò)中。用Nf代表每個宏小區(qū)中的平均毫微微蜂窩基站數(shù)，因此整個網(wǎng)絡(luò)中的毫微微蜂窩基站的分布密度滿足λf=Nf/(πR2)，其中R代表正六邊形的邊長。另外，用Bm、Bf分別代表宏基站與毫微微蜂窩基站，m=1,2,…,19，f∈N。

1.2 基于空間泊松點過程的通信網(wǎng)絡(luò)
    圖2描述了基于不規(guī)則形狀的移動蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，其中λm和Nm分別代表了通信網(wǎng)絡(luò)中的宏基站分布密度與宏基站數(shù)目。終端用戶由最近的基站服務(wù)。由于隨機分布的毫微微蜂窩基站，宏基站的終端用戶可能處于毫微微蜂窩基站的附近，因此其可能遭受非常嚴(yán)重的干擾。

2 終端用戶接收信噪比理論分析
    首先介紹兩種基本的頻率復(fù)用方式。
2.1 頻譜復(fù)用
    本文討論兩種常用的頻分復(fù)用方式：統(tǒng)一頻分復(fù)用UFR(Unity Frequency Reuse)方式和頻分復(fù)用FR(Frequency Reuse)方式。具體來講，UFR方式下，每個宏小區(qū)使用相同的頻譜資源；而FR方式則是在相鄰小區(qū)安排完全正交的頻譜資源， 這樣可以降低相鄰小區(qū)的同頻干擾[8]。

3 實驗仿真
     本節(jié)對前面討論的理論分析結(jié)果進行仿真驗證，其中常用的仿真參數(shù)[9]參見表1。
3.1 基站基于正六邊形分布的用戶接收信噪比分布
    當(dāng)蜂窩移動通信系統(tǒng)中的基站按照正六邊形進行部署時，基站處于正六邊形的中心位置。圖3、圖4顯示了頻率復(fù)用方式分別為UFR與FR情況下用戶接收信噪比的分布函數(shù)對比圖。具體來講，圖3描述了當(dāng)宏基站位于正六邊形中心位置時用戶接收信噪比的理論分析與實際仿真結(jié)果；而圖4則描述了當(dāng)宏基站采用Fluid Model來進行模擬的情況下用戶接收信噪比的理論推導(dǎo)與實際仿真結(jié)果。無論是從圖3還是圖4中都可以非常明顯地看出，推導(dǎo)出的理論值都能十分準(zhǔn)確地描述實際的接收信噪比。此外也發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)R頻分復(fù)用方式下用戶接收的信噪比明顯比UFR頻分復(fù)用方式下接收的信噪比要好。

3.2 基站基于空間泊松點過程下的信噪比分布
    為更進一步簡化理論分析，可以用空間泊松點過程來

    為了滿足日益增加的數(shù)據(jù)通信需求，終端用戶往往在現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)中部署毫微微蜂窩基站，從而形成獨特的宏基站與毫微微蜂窩基站并存的雙層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。本文研究了這種雙層結(jié)構(gòu)下移動終端用戶的接收信噪比的分布，推導(dǎo)出基于正六邊形分布的小區(qū)用戶的接收信噪比的分布，同時也推導(dǎo)出基站服從空間泊松點過程情況下用戶接收信噪比的分布。大量的實驗仿真結(jié)果證明，本文推導(dǎo)出的理論分析與實際仿真結(jié)果十分吻合，進一步驗證了該理論分析的準(zhǔn)確性。此外，用戶接收信噪比的分布函數(shù)為移動通信系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計提供了很好的分析工具。
參考文獻
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