به اشتراک گذاری طیف مشارکتی بین شبکه های تلفن همراه و اد هاک

چکیده

به اشتراک گذاری طیف مشارکتی بین شبکه های تلفن همراه و شبکه های اد هاک (ad hoc) در این کار مورد مطالعه قرار گرفته است. سیگنال های ضعیف و تداخل های قوی در سطح لبه سلول، معمولاً باعث تخریب شدید عملکرد می شود. به منظور بهبود کیفیت عملکرد کاربران لبه سلول، مادامیکه بهره وری طیف بالا نگه داشته می شود، یک طرح به اشتراک گذاری طیف مشارکتی را در این مقاله پیشنهاد می دهیم. در این طرح پیشنهادی، کاربران اد هاک می توانند به طور فعالانه، تکنیک تنوع مشارکتی را برای بهبود توان عملیاتی downlink شبکه تلفن همراه، به کار ببرند. به عنوان پاداش، بخشی از طیف شبکه های تلفن همراه به شبکه های اد هاک برای انتقال داده های خود، آزاد می شود. برای تعیین تخصیص طیف بهینه، ظرفیت انتقال اد هاک را به حداکثر می رسانیم که در معرض محدودیت هایی بر روی احتمال قطع شبکه های اد هاک و بر روی نسبت بهبود توان عملیاتی شبکه های تلفن همراه قرار گرفته است، با استفاده از تئوری هندسه تصادفی، مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد. نتایج عددی و شبیه سازی برای اعتبار سنجی نتایج تحلیلی ما، ارائه شده است. آنها نشان می دهند که طرح پیشنهادی ما می تواند به طور مؤثر، انتقال اد هاک را تسهیل ببخشد در حالی که به طور متوسط عملکرد تلفن همراه را بهبود می دهد.

Abstract

Spectrum sharing between cellular and ad-hoc networks is studied in this work. Weak signals and strong interferences at the cell-edge area usually cause severe performance degradation. To improve the cell-edge users’ performance quality while keeping high spectrum efficiency, in this paper, we propose a cooperative spectrum sharing scheme. In the proposed scheme, the ad-hoc users can actively employ cooperative diversity techniques to improve the cellular network downlink throughput. As a reward, a fraction of the cellular network spectrum is released to the ad-hoc network for its own data transmission. To determine the optimal spectrum allocation, we maximize the ad-hoc transmission capacity subject to the constraints on the outage probability of the ad-hoc network and on the throughput improvement ratio of the cellular network. Both the transmission capacity of the ad-hoc network and the average throughput of the cellular network are analyzed using the stochastic geometry theory. Numerical and simulation results are provided to validate our analytical results. They demonstrate that our proposed scheme can effectively facilitate ad-hoc transmissions while moderately improving the cellular network performance.