有限區(qū)域同時同頻全雙工跳頻自組網(wǎng)性能研究

段柏宇 陳 聰 陳順軻 徐 強 邵士海

(電子科技大學(xué)通信抗干擾技術(shù)國家級重點實驗室 成都 611731)

1 引言

無線自組織網(wǎng)絡(luò)由于其分布式無中心和自組織協(xié)同特性，已開始應(yīng)用于無人機集群、搶險救災(zāi)、安全反恐等領(lǐng)域[1–4]。目前，考慮到自組織網(wǎng)絡(luò)各通信節(jié)點通信頻率互相配對的需求，大多數(shù)自組網(wǎng)采用時分雙工(Time Division Duplexing, TDD)的收發(fā)模式，節(jié)點的接收和發(fā)射不能同時進行，既增加了傳輸時延，又造成頻譜低效使用。近年來，隨著同時同頻全雙工技術(shù)研究的推進，通信設(shè)備在相同頻帶同時接收與發(fā)送數(shù)據(jù)成為可能[5]。在點對點通信中，同時同頻全雙工技術(shù)與TDD半雙工技術(shù)相比，理論上頻譜利用率最大可提升1倍[6]。但是，全雙工自組網(wǎng)由于節(jié)點間存在互干擾以及節(jié)點自身的殘余自干擾，網(wǎng)絡(luò)容量并不會達到TDD網(wǎng)絡(luò)的2倍[7]。

近年來，已有文獻對自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)性能進行了初步研究。文獻[8]分析了自動重傳請求協(xié)議對于定向全雙工自組網(wǎng)傳輸容量的影響，并與半雙工網(wǎng)絡(luò)進行了對比。文獻[9]研究了單向與雙向通信的毫米波自組網(wǎng)，指出和低頻的通信網(wǎng)絡(luò)相比，毫米波自組網(wǎng)可以支持更高的節(jié)點密度以及頻譜效率。文獻[10]分析了全雙工自組網(wǎng)的傳輸容量，研究表明全雙工自組網(wǎng)的傳輸容量只有在通信節(jié)點對間距離較小時，才接近半雙工自組網(wǎng)的2倍。文獻[11]同樣利用傳輸容量，對非正交多址跳頻自組網(wǎng)的下行鏈路的性能進行了分析。

上述文獻主要運用傳輸容量指標(biāo)[12–14]分析自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)性能，通常假設(shè)自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域無限大，節(jié)點個數(shù)無窮多；其中，節(jié)點位置分布基于隨機幾何模型，假設(shè)服從齊次平穩(wěn)泊松點過程(Homogeneous Stationary Poisson Point Process, HSPPP)，各節(jié)點位置等價，受干擾情況一致，僅分析1個節(jié)點就可推知網(wǎng)絡(luò)整體性能。但是，現(xiàn)實中網(wǎng)絡(luò)區(qū)域大小和節(jié)點規(guī)模都有限(不是無窮大)，節(jié)點位置不等價，受干擾并不一致(非對稱)，所以在分析有限區(qū)域自組網(wǎng)，特別是小規(guī)模的自組網(wǎng)時，需考慮每一個節(jié)點的具體情況。

本文主要對區(qū)域有限同時同頻全雙工跳頻自組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)性能進行分析，并與TDD收發(fā)模式的半雙工跳頻自組網(wǎng)對比：將網(wǎng)絡(luò)中每對通信節(jié)點能成功傳輸?shù)目蛇_頻帶利用率之和，定義為網(wǎng)絡(luò)可達頻帶利用率，作為衡量網(wǎng)絡(luò)性能的指標(biāo)；首先推導(dǎo)出區(qū)域內(nèi)每一個節(jié)點在已知分布的條件下，網(wǎng)絡(luò)可達頻帶利用率的閉合表達式；然后提出一種降低節(jié)點對間互干擾的節(jié)點位置優(yōu)化分布方法，并且與節(jié)點均勻分布網(wǎng)絡(luò)的可達頻帶利用率進行對比。通過數(shù)值仿真結(jié)果可知，有限區(qū)域全雙工跳頻網(wǎng)絡(luò)的性能與頻點個數(shù)、節(jié)點對間通信距離以及節(jié)點個數(shù)有關(guān)；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)半徑取定，對于同一分布，節(jié)點個數(shù)較少時，有限區(qū)域全雙工自組網(wǎng)的可達頻帶利用率才接近半雙工網(wǎng)絡(luò)的2倍，當(dāng)節(jié)點個數(shù)較多時，全雙工網(wǎng)絡(luò)的可達頻帶利用率將會降低，甚至低于半雙工網(wǎng)絡(luò)。

本文結(jié)構(gòu)安排如下：第2節(jié)描述有限區(qū)域同時同頻全雙工跳頻自組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)模型；第3節(jié)定義并推導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)可達頻帶利用率；第4節(jié)分析推導(dǎo)不同節(jié)點分布下的網(wǎng)絡(luò)可達頻帶利用率；第5節(jié)通過仿真對網(wǎng)絡(luò)性能進行分析；結(jié)論在第6節(jié)給出。

2 網(wǎng)絡(luò)模型

2.1 通信網(wǎng)絡(luò)描述

考慮圖1所示的有限區(qū)域同時同頻全雙工跳頻自組網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)區(qū)域定為半徑R的圓。網(wǎng)絡(luò)中共2(K+1) 個節(jié)點，均分為兩組：Ψα( 紅)與Ψb(藍)，每組均有K+1個 節(jié)點。每個節(jié)點ak ∈Ψa均存在一個節(jié)點bk ∈Ψb與 其配對通信，其中0≤k ≤K。不失一般性，選取Ψa中任意一個節(jié)點ak記為a0，作為參考節(jié)點，與之配對的Ψb中的節(jié)點bk記為b0；每對節(jié)點ak與bk的距離記為rk,0

圖1 有限區(qū)域全雙跳頻自組網(wǎng)示意圖

各節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)以一定的位置關(guān)系分布，節(jié)點對間不經(jīng)過中繼，直接進行同時同頻全雙工跳頻通信。并且，每對節(jié)點獨立等概地在可用頻點表內(nèi)選擇一個頻點進行通信。由于全雙工設(shè)備在干擾抑制后，仍然存在殘余自干擾信號[15]；因此，對于網(wǎng)絡(luò)中任意節(jié)點接收機，有兩種類型的干擾：節(jié)點的殘余自干擾與節(jié)點間的互干擾。

2.2 接收信號建模

通過上節(jié)分析，參考節(jié)點a0的接收信號由期望信號、自干擾信號、互干擾信號以及噪聲共4部分組成，可以表示為

其中，n(t) 表示加性高斯白噪聲；s(t),w(t),I(t)分別表示期望信號、自干擾信號以及互干擾信號。假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點發(fā)射機的發(fā)射功率均為Pt，經(jīng)參考距離d0衰 減后功率為P0。 令xak(t), xbk(t)分別表示節(jié)點ak與bk的發(fā)射信號(功率歸一化為1，0≤k ≤K)。傳輸信道考慮大尺度路徑損耗與小尺度平坦衰落。

2.2.1 自干擾信號

首先分析參考節(jié)點a0的 自干擾信號w(t)。對于同時同頻全雙工系統(tǒng)，發(fā)射機以功率Pt進行信號發(fā)射時，發(fā)射信號會干擾位于同一通信節(jié)點處的接收機，因此接收機需要進行自干擾抑制。令ρ表示自干擾抑制系數(shù)(殘余自干擾功率與發(fā)射功率比值)，參考節(jié)點a0處經(jīng)干擾抑制后的殘余自干擾信號可以表示為

2.2.2 互干擾信號

2.2.3 期望信號

參考節(jié)點a0處的期望信號s(t)可以寫為

3 網(wǎng)絡(luò)性能分析

3.1 網(wǎng)絡(luò)可達頻帶利用率表征

由于位置不等價，每一個節(jié)點受到的干擾不同，在有限區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中，需要考慮每一個節(jié)點的情況。定義有限區(qū)域全雙工自組織網(wǎng)絡(luò)的可達頻帶利用率為

其中，Γ為接收機的解調(diào)門限，本文假設(shè)各節(jié)點接收機解調(diào)門限相等，qn為網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點的中斷概率，是節(jié)點間通信失敗的概率。中斷概率定義為接收機處，信干噪比(Signal to Interference plus Noise Ratio, SINR)小于解調(diào)門限Γ的概率，即qn=Pr(SINRn<Γ) ， 其中S INRn是網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點接收機處的SINR。對于單個接收機，其信干噪比大于門限時，表示節(jié)點成功接收信號，概率為1?qn，此時可達頻帶利用率為l og2(1+Γ)；當(dāng)接收機信干噪比小于門限時，概率為qn，此時可達頻帶利用率為0。基于二項分布，可得出單個接收機的可達頻帶利用率為 ( 1?qn)log2(1+Γ)。由于網(wǎng)絡(luò)中有 2 (K+1) 個 節(jié)點，因此CnFeDt的網(wǎng)絡(luò)可達頻帶利用率是網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點的可達頻帶利用率之和，單位為bps/Hz。因qn與SINR有關(guān)，下面給出參考節(jié)點a0處 的SINR0

其中，I表示參考節(jié)點a0功率歸一化的互干擾，Lxy是各節(jié)點到參考節(jié)點的路徑衰落，Λ為白噪聲和殘余自干擾之和與節(jié)點發(fā)射機在單位距離處功率的比值。式(10)中r表示節(jié)點bk與ak的距離，為減小計算復(fù)雜度，后續(xù)分析中每對節(jié)點bk與ak的距離rk均 設(shè)為定值r， 即rk=r,0

對于TDD半雙工網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)可達頻帶利用率與全雙工類似，區(qū)別僅在于通信鏈路條數(shù)減半，即求和項減半，可以表示為

3.2 網(wǎng)絡(luò)可達頻帶利用率計算

分析式(12)，由于解調(diào)門限Γ為定值，計算網(wǎng)

其中，s=Γ/L00， 第3個等號成立是因為|hb0a0|2服從指數(shù)分布，最后一個等號是由于Z中I與Λ相互獨立。對I的ζk求數(shù)學(xué)期望，可得

其中，第3個等式成立是因為各信道相互獨立，最后一個等號利用了指數(shù)分布的性質(zhì)。將式(16)代入式(14)，可以得到q0|L的閉合表達式

由于參考節(jié)點a0是Ψa中任意選擇的，并且對于Ψb中選擇的參考節(jié)點b0， 推導(dǎo)也與a0一致，因此，區(qū)域內(nèi)任意節(jié)點的條件中斷概率均可以表示為式(17)的形式。但是，對于不同的節(jié)點，對應(yīng)的干擾節(jié)點分布情況不一致，相應(yīng)的Lak與Lbk不同，每一個節(jié)點的條件中斷概率qn|L均需要單獨計算。將qn|L代入式(12)，可以得到基于節(jié)點位置分布的全雙工網(wǎng)絡(luò)可達頻帶利用率的閉合表達式。

對于半雙工的有限區(qū)域跳頻自組織網(wǎng)絡(luò)，條件中斷概率的推導(dǎo)類似。假設(shè)節(jié)點ak ∈Ψa為接收機，節(jié)點bk ∈Ψb為與ak配對的發(fā)射機。同樣，以Ψa中任意一個節(jié)點記為a0作為參考節(jié)點，其受到發(fā)射功率歸一化的互干擾IHD可以表示為

其中，Λ0=Nn/dα0P0。式(19)與文獻[16]中，只考慮瑞利衰落時相似。同樣，半雙工網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)任意接收機節(jié)點的條件中斷概率均可以表示為式(19)的形式，但每個節(jié)點需要單獨計算條件中斷概率。

若知道各節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中的具體位置或者分布方式，即Lxy的具體長度或是分布已知，便可以利用條件中斷概率的閉合表達式求得各節(jié)點中斷概率qn，代入式(12)得到全雙工網(wǎng)絡(luò)可達頻帶利用率CnFeDt。

4 不同節(jié)點分布下的網(wǎng)絡(luò)可達頻帶利用率

本節(jié)分析兩種不同節(jié)點分布的網(wǎng)絡(luò)可達頻帶利用率。一種是典型的節(jié)點均勻分布，在該種分布情況下，可以通過第3節(jié)的結(jié)論，推導(dǎo)出網(wǎng)絡(luò)可達頻帶利用率的解析式。此外，本節(jié)將提出一種降低節(jié)點間互干擾的節(jié)點位置優(yōu)化分布方法，該分布使網(wǎng)絡(luò)具有較優(yōu)的可達頻帶利用率。

4.1 節(jié)點均勻分布

考慮所有ak ∈Ψa在圓形網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)均勻分布，bk ∈Ψb在 以ak為圓心，半徑為r的圓周上均勻分布。由于lak是 任意干擾節(jié)點ak到參考節(jié)點a0的距離，且參考節(jié)點a0也 是任意選擇，因此lak是圓內(nèi)服從均勻分布任意兩點間的距離。文獻[17]給出了半徑為a的圓形區(qū)域內(nèi)，均勻分布的任意兩點間距離的概率密度函數(shù)。因為節(jié)點ak與節(jié)點bk間有固定距離r，為了使所有的bk也包含在區(qū)域為圓的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，節(jié)點ak應(yīng)在半徑為R?r的圓內(nèi)均勻分布，即文獻[17]中a=R ?r，得

由于參考節(jié)點是任意選擇的，式(22)給出的中斷概率quni的解析式適用于任意一個節(jié)點，因此，節(jié)點均勻分布下的全雙工網(wǎng)絡(luò)可達頻帶利用率可以簡化為

對于半雙工網(wǎng)絡(luò)，選擇Ψa中任意一點為參考接收機a0,bk ∈Ψb為 發(fā)射機。考慮參考節(jié)點a0與干擾節(jié)點bk ∈Ψb,k ?=0在圓形區(qū)域內(nèi)均勻分布，半雙工網(wǎng)絡(luò)空間平均中斷概率的解析式與全雙工網(wǎng)絡(luò)推導(dǎo)類似。

4.2 一種優(yōu)化互干擾的節(jié)點分布方法

由于均勻分布未優(yōu)化節(jié)點間的互干擾，所以希望尋找一種節(jié)點間互干擾最小的分布方式，使網(wǎng)絡(luò)具有更高的網(wǎng)絡(luò)可達頻帶利用率。接收機的SINR越大，中斷概率越低，分析單個節(jié)點的SINR，當(dāng)lak與lbk最 大時，互干擾I取得最小值，此時SINR取得最大值。即干擾節(jié)點離參考節(jié)點最遠時，互干擾最小，SINR最大。再考慮網(wǎng)絡(luò)整體，對于每一個節(jié)點ak ∈Ψa或bk ∈Ψb，都需要其余干擾節(jié)點距離盡可能大。因此，目標(biāo)可以轉(zhuǎn)化為尋找一種節(jié)點分布，使得每一對節(jié)點對之間的最小距離最大，相當(dāng)于以節(jié)點對間的最大互干擾最小為準(zhǔn)則，進行節(jié)點排布。

通常網(wǎng)絡(luò)區(qū)域半徑遠大于節(jié)點對間的通信距離r，即r?R， 我們將節(jié)點對akbk近似為在網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)的點nk,0≤k ≤K。這樣可以將求節(jié)點對間的最小距離最大近似為求任意點之間的最小距離最大。在半徑為R的圓內(nèi)，求解任意點之間最小距離最大問題的數(shù)學(xué)模型可以寫為：給定N≥2，在半徑為R的圓盤內(nèi)中放入N個點，使得任何一對點之間的最小距離最大，其中N=K+1。這個問題等價于等圓打包(Packing Equal Circles in a Circle,PECC)問題[18]：給定N≥2， 在半徑為R的圓盤內(nèi)放置N個半徑為rc盡可能大的圓餅，圓餅間，圓餅與圓盤間互不嵌入。令(xk,yk)表 示nk在笛卡兒坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，可以寫出在半徑為R的圓區(qū)域內(nèi)，求解任意點之間最小距離最大的優(yōu)化問題形式

其中，條件1表示圓餅與圓盤間互不嵌入，條件2表示圓餅之間互不嵌入。PECC問題是經(jīng)典的NP難度問題，至今，人們只嚴格證明了N ≤11, N=19時的最優(yōu)打包[18]，其余N的情況只能采用近似求解的算法，通過計算機仿真找到近似解。網(wǎng)站www.packomania.com[19]給出了N≤2600時，通過計算機仿真解出的PECC問題圓餅半徑rc及各圓餅的圓心坐標(biāo)nk。

上述模型成立的基礎(chǔ)是假設(shè)節(jié)點對akbk可以近似為在網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)的點nk。然而節(jié)點對間有固定的通信距離r，不能完全近似為一個點。因此需要考慮節(jié)點對akbk整體在網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)的分布。下面給出PECC節(jié)點分布方法，以nk為 圓心，半徑r/2作圓，ak為均勻分布在該圓圓周上的一點，而bk是與ak關(guān)于nk中 心對稱的另外一點，顯然bk也在半徑為r/2的圓周上，這樣，nk將 位于ak與bk連線的中點。算法1展示了PECC分布方法的具體流程，PECC節(jié)點分布方法使得圓形網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，任意半徑為r/2圓的圓心間最小距離最大。由于節(jié)點對akbk在圓周上均勻分布，ak與bk的位置并不唯一，可通過蒙特卡羅仿真實驗來計算網(wǎng)絡(luò)可達頻帶利用率。

算法1 PECC節(jié)點分布方法

PECC節(jié)點分布方式由于使得任意兩對節(jié)點間的距離盡量大，即節(jié)點對間的互干擾盡量小，是一種具有較高的網(wǎng)絡(luò)可達頻帶利用率的有限區(qū)域自組織網(wǎng)節(jié)點分布方式。圖2是PECC分布與均勻分布在不同通信距離r下，網(wǎng)絡(luò)可達頻帶利用率的曲線。圖2證明，PECC分布的可達頻帶利用率優(yōu)于沒有互干擾優(yōu)化的均勻分布的可達頻帶利用率。本文的蒙特卡羅仿真均進行了10萬次實驗。

圖2的仿真參數(shù)除了通信距離r，均與表1設(shè)置相同。從圖2可以看出，當(dāng)節(jié)點間通信距離r較大時，PECC分布的網(wǎng)絡(luò)可達頻帶利用率明顯大于均勻分布網(wǎng)絡(luò)可達頻帶利用率。因為此時，互干擾是影響節(jié)點間通信質(zhì)量的主要因素(通信距離較大，接收端期望信號功率較小)，PECC分布方案是以節(jié)點間互干擾盡量小為準(zhǔn)則進行優(yōu)化，因此明顯優(yōu)于均勻分布。當(dāng)通信節(jié)點間距離r較小時，PECC分布網(wǎng)絡(luò)可達頻帶利用率和均勻分布網(wǎng)絡(luò)可達頻帶利用率幾乎相等。因為此時接收端的期望信號功率較大，期望信號是影響節(jié)點間通信質(zhì)量的主要因素，互干擾功率明顯小于期望功率，對于互干擾的優(yōu)化無法有效提升網(wǎng)絡(luò)的性能。

表1 仿真參數(shù)設(shè)置

5 仿真結(jié)果與分析

本節(jié)通過仿真，結(jié)合前文，以網(wǎng)絡(luò)可達頻帶利用率為網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)，對全雙工跳頻自組網(wǎng)進行分析。表1是仿真參數(shù)設(shè)置，后文若未特別說明，均使用該表中的參數(shù)。

圖3描述了在均勻分布與PECC分布下，可選頻點個數(shù)對于網(wǎng)絡(luò)性能的影響。如圖3所示，在跳頻頻點個數(shù)較少時，增加網(wǎng)絡(luò)中可選跳頻頻點個數(shù)，能明顯提升網(wǎng)絡(luò)可達頻帶利用率。當(dāng)跳頻頻點個數(shù)接近或超過網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點個數(shù)時，增加頻點個數(shù)對于網(wǎng)絡(luò)可達頻帶利用率的提升很小，這是因為當(dāng)頻點個數(shù)足夠多時，頻點碰撞的概率很低。從圖3也能看出，PECC分布的網(wǎng)絡(luò)可達頻帶利用率要優(yōu)于均勻分布的可達頻帶利用率。

圖4是在網(wǎng)絡(luò)區(qū)域半徑R=1時，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點個數(shù)與網(wǎng)絡(luò)可達頻帶利用率在不同通信距離r下的關(guān)系曲線。分析圖4可知，在節(jié)點個數(shù)較少時，增加節(jié)點個數(shù)可以明顯提高網(wǎng)絡(luò)可達頻帶利用率，但繼續(xù)在網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)增加通信節(jié)點，由于引入了更多的互干擾，會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)可達頻帶利用率下降；減小節(jié)點對間的通信距離同樣可以大幅提高網(wǎng)絡(luò)可達頻帶利用率。由圖4也可以看出，PECC分布的網(wǎng)絡(luò)可達頻帶利用率在節(jié)點個數(shù)較少時，幾乎等于均勻分布的網(wǎng)絡(luò)可達頻帶利用率，當(dāng)節(jié)點個數(shù)增加時，PECC分布的網(wǎng)絡(luò)可達頻帶利用率將逐漸大于均勻分布的頻帶利用率。這也是因為隨著互干擾增加，節(jié)點間的互干擾相較于期望信號，成為影響網(wǎng)絡(luò)可達頻帶利用率的主要因素，PECC分布通過優(yōu)化節(jié)點位置降低了互干擾的影響，這同圖2所得結(jié)論一致。

圖4 節(jié)點總數(shù)與網(wǎng)絡(luò)可達頻帶利用率的關(guān)系

圖5對比了R=1的網(wǎng)絡(luò)有限區(qū)域全雙工跳頻自組網(wǎng)與TDD半雙工跳頻自組網(wǎng)的性能，品紅色曲線表示節(jié)點均勻分布全雙工網(wǎng)絡(luò)可達頻帶利用率的解析值與半雙工網(wǎng)絡(luò)可達頻帶利用率解析值的比值。如圖5所示，在有限網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)，全雙工網(wǎng)絡(luò)可達頻帶利用率并不一定優(yōu)于半雙工的網(wǎng)絡(luò)可達頻帶利用率，甚至可能差于半雙工網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)節(jié)點個數(shù)較少時，全雙工網(wǎng)絡(luò)的可達頻帶利用率大于半雙工的網(wǎng)絡(luò)可達頻帶利用率，不過隨著節(jié)點個數(shù)的增加，可達頻帶利用率的比值從接近2一直下降；繼續(xù)增加節(jié)點個數(shù)，全雙工網(wǎng)絡(luò)可達頻帶利用率甚至?xí)陀诎腚p工網(wǎng)絡(luò)可達頻帶利用率，比值最終低于0.5。造成這種現(xiàn)象的原因是因為隨著節(jié)點個數(shù)增加，網(wǎng)絡(luò)中的互干擾總量增加，當(dāng)節(jié)點數(shù)較少時，影響網(wǎng)絡(luò)可達頻帶利用率的因素主要是通信鏈路的條數(shù)，由于全雙工網(wǎng)絡(luò)的通信鏈路條數(shù)是半雙工的一倍，所以比值接近2；但當(dāng)節(jié)點個數(shù)較多時，節(jié)點間互干擾成為影響網(wǎng)絡(luò)性能的主要因素，對于每一個參考節(jié)點，全雙工網(wǎng)絡(luò)的干擾節(jié)點個數(shù)是半雙工網(wǎng)絡(luò)的2倍，因此最后的比值會在0.5左右。

圖5 全雙工網(wǎng)絡(luò)與半雙工網(wǎng)絡(luò)性能對比

6 結(jié)束語

本文研究了同時同頻全雙工跳頻自組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)性能，針對區(qū)域有限的場景下，各節(jié)點受非對稱干擾的問題，定義網(wǎng)絡(luò)可達頻帶利用率對網(wǎng)絡(luò)性能進行分析，推導(dǎo)出節(jié)點位置分布條件下的網(wǎng)絡(luò)可達頻帶利用率閉合表達式；給出圓形網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)，節(jié)點均勻分布的網(wǎng)絡(luò)可達頻帶利用率解析式；并提出了一種降低網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間互干擾的PECC節(jié)點位置優(yōu)化分布方法。

數(shù)值仿真結(jié)果表明，本文所提基于PECC節(jié)點分布方法在節(jié)點個數(shù)較多或節(jié)點對間通信距離較大時，相較于節(jié)點均勻分布的網(wǎng)絡(luò)，能明顯提高網(wǎng)絡(luò)可達頻帶利用率。對于區(qū)域確定的跳頻自組網(wǎng)，增加頻點個數(shù)，減小節(jié)點對間通信距離以及選擇合適的節(jié)點個數(shù)均可以提高網(wǎng)絡(luò)可達頻帶利用率。并且，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域固定，全雙工網(wǎng)絡(luò)的可達頻帶利用率只有在節(jié)點數(shù)較少的情況下接近半雙工網(wǎng)絡(luò)的兩倍，隨著節(jié)點個數(shù)增加，全雙工網(wǎng)絡(luò)的頻帶利用率將接近半雙工網(wǎng)絡(luò)利用率，甚至更低，在極限情況下全雙工網(wǎng)絡(luò)利用率僅有半雙工網(wǎng)絡(luò)的1/2。因此在實際部署跳頻自組織網(wǎng)絡(luò)時，需要綜合考慮頻點個數(shù)、通信距離、節(jié)點個數(shù)以及節(jié)點位置分布等因素，選擇合適的雙工模式進行部署，以達到較優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)性能。