分布式基站覆蓋[1]是近年為實現(xiàn)以蜂窩小區(qū)結(jié)構(gòu)發(fā)展起來的新方式。采用此技術(shù)可有效地擴大移動通信系統(tǒng)容量、調(diào)整覆蓋區(qū)、改善系統(tǒng)性能[2-3]。但這種完全分布式的網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和接入的基站都不確定，要自行組織、自主搜索，對資源和系統(tǒng)會帶來很大的開銷。對于極端應(yīng)用，這樣程度的開銷是不可承受的，在多用戶情況下，資源分配和下行同步尤為困難。
　另外，使用認(rèn)知無線電CR(Cognitive Radio)技術(shù)可以有效緩解頻譜緊缺問題[4]。目前普遍認(rèn)為應(yīng)采用多載波技術(shù)進行數(shù)據(jù)傳輸，其中正交頻分復(fù)用(OFDM)是最佳候選技術(shù)之一[5]。
　針對基于認(rèn)知技術(shù)的有序分布網(wǎng)絡(luò)資源管理技術(shù)研究缺乏的現(xiàn)狀，同時利用分布式系統(tǒng)的優(yōu)點，參考文獻[6]將認(rèn)知無線電技術(shù)應(yīng)用于有序分布網(wǎng)絡(luò)中，提出交叉覆蓋有序分布網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。并在此基礎(chǔ)上，提出基于認(rèn)知無線電技術(shù)的有序分布網(wǎng)絡(luò)的無線資源分配算法。
1 系統(tǒng)模型
1.1 小區(qū)結(jié)構(gòu)
    圖1為有序分布式小區(qū)結(jié)構(gòu)。小區(qū)天線單元AP1、AP2和AP3與連接它們的基站分布在邊長為2R1+R2(R1=2R2)的正三角形的頂點處，多個這樣的小區(qū)構(gòu)成分布式基站系統(tǒng)。天線單元把小區(qū)分為4個區(qū)域，以一個天線單元為頂點，有3個以R1為半徑的60°扇區(qū)稱為單一覆蓋區(qū)，剩余部分R1為交叉覆蓋區(qū)?；纠肅R技術(shù)檢測各用戶在小區(qū)中的位置。

    小區(qū)中，基站分別為天線單元分配完全正交的3 bit擴頻碼字，以去除天線間的同頻干擾，同時保證高層傳輸?shù)挠行?shù)據(jù)速率在空中接口所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率的比重合理。下行鏈路使用OFDM區(qū)分不同的用戶。上行鏈路與下行鏈路類似，不同之處在于每個用戶都被分配一個擴頻碼，達(dá)到去除上行同頻干擾的目的。
    物理層，時域上的一幀被分作控制部分和數(shù)據(jù)部分，分別包括Nc和Nd個OFDM符號,分配結(jié)果通過控制部分發(fā)送給用戶。MAC層，基站為各用戶分配獨立的有限容量數(shù)據(jù)隊列,隊列中分組的服務(wù)次序是先到先服務(wù)。
1.2 CR技術(shù)的應(yīng)用
　系統(tǒng)中CR的應(yīng)用有：基站感知各子載波的干擾溫度，提取出各接入用戶的地理位置；用戶通過感知各子載波干擾溫度，可得到傳輸數(shù)據(jù)的子載波占子載波總數(shù)的比例；各子載波的頻率復(fù)用因子；小區(qū)內(nèi)用戶分布信息的提取，這需要將“主基站優(yōu)先子載波選擇算法”和“疏狀子載波選擇算法”相結(jié)合。

    基于MAXC/I調(diào)度算法，所提系統(tǒng)調(diào)度算法如下：
　(1)計算各用戶的效用函數(shù)。
    (2)選擇優(yōu)先調(diào)度覆蓋區(qū)，為用戶排序。如果單一覆蓋區(qū)的用戶總優(yōu)于交叉覆蓋區(qū)的用戶被調(diào)度，單一覆蓋區(qū)內(nèi)用戶按照效用函數(shù)降序排列，交叉覆蓋區(qū)內(nèi)用戶也按照效用函數(shù)遞減排列；如果交叉覆蓋區(qū)的用戶總優(yōu)于單一覆蓋區(qū)的用戶被調(diào)度，交叉覆蓋區(qū)內(nèi)用戶按照效用函數(shù)遞減排列，單一覆蓋區(qū)內(nèi)用戶也按照效用函數(shù)遞減排列；如果不區(qū)分用戶所在區(qū)，則所有用戶按照效用函數(shù)遞減排列。
    (3)調(diào)度被選中的首個用戶隊列的分組。如果該用戶隊列分組都被發(fā)送出去，繼續(xù)調(diào)度優(yōu)先級低的下一個用戶隊列分組，直到所有用戶隊列分組都被發(fā)送出去或物理層無資源。

     圖2、圖3和圖4分別給出基于上述6種框架，丟包率、平均分組時延和系統(tǒng)吞吐量性能仿真。由圖知，無論是否區(qū)分用戶地理位置優(yōu)先級，區(qū)分“優(yōu)先子載波”和不區(qū)分“優(yōu)先子載波”得到的丟包率、平均分組時延和系統(tǒng)吞吐量都近似。單一覆蓋區(qū)用戶優(yōu)先和不區(qū)分用戶覆蓋區(qū)情況下，得到的丟包率、平均分組時延和系統(tǒng)吞吐量都明顯好于交叉覆蓋區(qū)用戶優(yōu)先的情況。這說明本文提出的疏狀子載波選擇方法可以在不降低系統(tǒng)性能的基礎(chǔ)上，大幅度降低計算的復(fù)雜度。此外也為系統(tǒng)資源分配次序提供了有益的信息，有利于系統(tǒng)資源的充分利用。

    圖5為基于上述算法，得到的子載波復(fù)用性能。對于單一覆蓋區(qū)用戶優(yōu)先的子載波分配算法，區(qū)分“優(yōu)先子載波”下的子載波復(fù)用次數(shù)高于不區(qū)分“優(yōu)先子載波”下的子載波復(fù)用次數(shù)。對于交叉覆蓋區(qū)用戶優(yōu)先的子載波分配算法和不區(qū)分用戶所處的覆蓋區(qū)的子載波分配算法，不區(qū)分“優(yōu)先子載波”下的子載波復(fù)用次數(shù)高于區(qū)分“優(yōu)先子載波”的子載波復(fù)用次數(shù)。這說明，單一覆蓋區(qū)用戶優(yōu)先且區(qū)分“優(yōu)先子載波”的算法對子載波的利用率比較充分。

    本文在有序分布式小區(qū)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，將認(rèn)知無線電技術(shù)應(yīng)用到系統(tǒng)中，并提出相應(yīng)的調(diào)度算法和子載波分配方案。這種分配方案具有以下優(yōu)點：比較充分地利用子載波分集增益，可以提高系統(tǒng)容量；簡單，不需要在整個子載波系統(tǒng)范圍內(nèi)搜索和分配；靈活，可以根據(jù)業(yè)務(wù)負(fù)載量使用其他覆蓋區(qū)的優(yōu)先選擇子載波。
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