水聲軟頻率復(fù)用網(wǎng)絡(luò)的干擾緩解與資源分配

王安義， 范 蕊， 張育芝

(西安科技大學(xué)通信與信息工程學(xué)院， 西安 710054)

在水聲網(wǎng)絡(luò)中，由于單跳組網(wǎng)易于實(shí)現(xiàn)與控制，因此采用單跳網(wǎng)絡(luò)來完成覆蓋面積較小，且節(jié)點(diǎn)數(shù)較少的數(shù)據(jù)采集任務(wù)。隨著水聲網(wǎng)絡(luò)研究和應(yīng)用的發(fā)展，多小區(qū)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)被應(yīng)用于海洋的探索實(shí)踐中。以浮標(biāo)為控制節(jié)點(diǎn)的多小區(qū)網(wǎng)絡(luò)用來完成覆蓋面積較廣的數(shù)據(jù)任務(wù)[1]。在以控制節(jié)點(diǎn)為中心的多小區(qū)網(wǎng)絡(luò)中，可以采用頻率復(fù)用的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無沖突傳輸。在現(xiàn)有的頻率復(fù)用方案中，部分頻率復(fù)用(fractional frequency reuse，F(xiàn)FR)方案雖有效緩解了小區(qū)間邊緣節(jié)點(diǎn)的干擾，但影響了系統(tǒng)頻譜效率。而采用軟頻率復(fù)用(soft frequency reuse,SFR)既能提高系統(tǒng)頻譜效率，也能較好地緩解小區(qū)間干擾[2]。在單跳網(wǎng)絡(luò)中，自適應(yīng)資源分配技術(shù)可以根據(jù)正交頻分多址接入(orthogonal frequency division multiple access，OFDMA)系統(tǒng)中各用戶的服務(wù)需求和實(shí)時(shí)的信道特性，為不同用戶自適應(yīng)地分配資源，進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能，其設(shè)計(jì)依賴于信道狀態(tài)信息(channel state information, CSI)的質(zhì)量[3]。但在實(shí)際的水聲系統(tǒng)中，信道具有時(shí)變性，導(dǎo)致發(fā)射機(jī)經(jīng)過反饋鏈路從接收機(jī)獲取的CSI往往是延遲的，從而降低自適應(yīng)資源分配的性能。因此，需要預(yù)測更準(zhǔn)確的CSI。

針對小區(qū)間干擾緩解的問題，文獻(xiàn)[4]在經(jīng)驗(yàn)信道模型中提出了一種FFR方案，并與頻率復(fù)用為1的方案進(jìn)行了對比，結(jié)果表明所提方案能更好地抑制小區(qū)間干擾。在經(jīng)驗(yàn)信道模型中，文獻(xiàn)[5]所提出的SFR方案在緩解小區(qū)邊緣用戶干擾方面優(yōu)于FFR方案，更好地提高了系統(tǒng)性能和節(jié)點(diǎn)的服務(wù)質(zhì)量。但上述兩篇文獻(xiàn)均未考慮信道時(shí)變給系統(tǒng)帶來的影響。

對于自適應(yīng)OFDMA系統(tǒng)的CSI預(yù)測問題，文獻(xiàn)[6]提出了一種自適應(yīng)傳輸?shù)木€性信道預(yù)測算法，并在湖中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試。結(jié)果顯示該方案的吞吐量優(yōu)于無CSI預(yù)測方案的吞吐量。在自適應(yīng)正交頻分復(fù)用技術(shù)(orthogonal frequency division multiplexing，OFDM)多用戶調(diào)制系統(tǒng)中，文獻(xiàn)[7]提出的基于馬爾可夫鏈的信道預(yù)測方法完成了反饋與實(shí)際CSI之間的信道匹配，緩解了延遲CSI給系統(tǒng)造成的影響，較好地實(shí)現(xiàn)了資源的有效分配。但如何克服具有長時(shí)延傳播反饋的CSI不準(zhǔn)確問題，還需進(jìn)一步研究。

在水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)中，為了最大化系統(tǒng)吞吐量，從自適應(yīng)資源分配和小區(qū)間干擾緩解兩個(gè)角度，提出了T-SFR方案，并推導(dǎo)了考慮路徑損耗的新的子頻帶分配公式，以更好地減少邊緣節(jié)點(diǎn)受到的干擾。對于更準(zhǔn)確的CSI預(yù)測問題，構(gòu)建了線性有限狀態(tài)馬爾可夫鏈(linear finite state Markov chain, LFSMC)預(yù)測器，結(jié)合線性函數(shù)和馬爾科夫鏈模型預(yù)測更準(zhǔn)確的CSI，以降低延時(shí)CSI對自適應(yīng)資源分配的影響，進(jìn)而優(yōu)化系統(tǒng)平均吞吐量。

1 系統(tǒng)模型

1.1 水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的SFR模型

圖1描述了兩個(gè)小區(qū)多節(jié)點(diǎn)分布的水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)小區(qū)有一個(gè)控制節(jié)點(diǎn)和多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)。為了便于分析，圖2(a)從二維的角度給出了水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的示意圖，并根據(jù)與傳輸衰減相關(guān)的一個(gè)固定比率，將每個(gè)小區(qū)分為中心區(qū)域和邊緣區(qū)域，相應(yīng)地，節(jié)點(diǎn)被分為中心節(jié)點(diǎn)和邊緣節(jié)點(diǎn)。并按照圖2(b)中的不同功率級將相應(yīng)的頻帶給各小區(qū)中的不同區(qū)域。小區(qū)邊緣節(jié)點(diǎn)采用較高的發(fā)射功率，以減少小區(qū)間的干擾。

A、B為控制節(jié)點(diǎn)；Nij為傳感器節(jié)點(diǎn)

節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)為(xi,yi)

1.2 SINR

在水聲傳感器網(wǎng)路中，信干噪比(signal to interference noise ratio,SINR)用來描述信道的狀態(tài)質(zhì)量信息。在頻率為f和傳輸距離為l時(shí)，節(jié)點(diǎn)i的SINR可表示為

(1)

式(1)中：Pi表示節(jié)點(diǎn)i從控制節(jié)點(diǎn)得到的有效功率；Pj表示干擾小區(qū)j對節(jié)點(diǎn)i的干擾功率；li、lj分別表示為目標(biāo)小區(qū)控制節(jié)點(diǎn)及干擾小區(qū)控制節(jié)點(diǎn)與數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)i之間的距離；hi(li,f)、hj(lj,f)分別為節(jié)點(diǎn)i從控制節(jié)點(diǎn)和干擾節(jié)點(diǎn)獲得的信道增益；Ai(l,f)、Aj(l,f)分別為控制節(jié)點(diǎn)(f)和干擾節(jié)點(diǎn)(l)在節(jié)點(diǎn)i、j處的傳輸衰減；N(f)為海洋噪聲的功率譜密度。

信道傳輸衰減A(l,f)與f和l有關(guān)，它包括吸收損失、幾何擴(kuò)散損失，可表示為[8]

A(l,f)=lk[α(f)]l

(2)

式(2)中：根據(jù)水聲信道中聲波傳播方式的不同，擴(kuò)展因子(k)取不同的值；海水吸收損失系數(shù)a(f)可用Thorp公式表示為dB形式(單位為dB/km)[8]，其表達(dá)式為

10-4f2+0.003

(3)

海洋噪聲是水聲信號可靠傳輸?shù)闹饕蓴_源之一，主要由湍流噪聲(Nt)、航運(yùn)噪聲(Ns)、海面風(fēng)浪噪聲(Nw)和熱噪聲(Nth)構(gòu)成[9]。海洋噪聲的功率譜密度N(f)可由Wenz模型表示為

N(f)=Nt(f)+Ns(f)+Nw(f)+Nth(f)

(4)

將式(2)代入(1)式中，則SINR可推導(dǎo)為

(5)

式(5)中：α為小區(qū)邊緣節(jié)點(diǎn)與中心節(jié)點(diǎn)的傳輸功率比，且α≥1。

2 T-SFR

2.1 基于時(shí)延差的干擾緩解

水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)中[圖2(a)]中，假設(shè)小區(qū)的平均半徑為R(單位：m)，傳感器節(jié)點(diǎn)均勻分布。在同一小區(qū)中，假設(shè)控制節(jié)點(diǎn)已知所有傳感器節(jié)點(diǎn)的位置信息，并且所有控制節(jié)點(diǎn)都是同步的，共享位置信息。由于水聲網(wǎng)絡(luò)的聲信號傳播速度慢，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)i收到的多個(gè)信號之間存在時(shí)延差。也就是說，節(jié)點(diǎn)i在收到控制節(jié)點(diǎn)發(fā)送的有用數(shù)據(jù)包時(shí)，會(huì)在τis后收到來自鄰區(qū)的干擾。當(dāng)節(jié)點(diǎn)i正在接收數(shù)據(jù)包時(shí)，干擾信號來臨，有用數(shù)據(jù)包就會(huì)受到干擾。τi為節(jié)點(diǎn)i接收多個(gè)數(shù)據(jù)包的時(shí)延差，其表達(dá)式為

(6)

式(6)中：tj,send、ti,send分別為干擾控制節(jié)點(diǎn)和服務(wù)控制節(jié)點(diǎn)發(fā)送信號的時(shí)間；(xi,yi,zi)、(xj,yj,zj)分別為目標(biāo)小區(qū)節(jié)點(diǎn)i、干擾小區(qū)控制節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)；v表示在水環(huán)境中，聲信號的傳播速度；doi為目標(biāo)小區(qū)中心o與該小區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)i之間的距離；dij為目標(biāo)小區(qū)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)i與干擾小區(qū)控制節(jié)點(diǎn)j之間的距離。因此，根據(jù)不同的τi和數(shù)據(jù)包長Tp，節(jié)點(diǎn)i會(huì)受到相鄰小區(qū)不同程度的干擾。分析節(jié)點(diǎn)i可能受到干擾的4種情況如下。

(1)當(dāng)中心節(jié)點(diǎn)i處于如圖2(a)中的五角星位置時(shí)，該節(jié)點(diǎn)i不僅會(huì)在doi/vs收到來自服務(wù)小區(qū)控制節(jié)點(diǎn)的有用信號，也會(huì)在dij/vs受到來自鄰區(qū)的干擾。如圖3(a)所示，當(dāng)τ1大于Tp時(shí)，此節(jié)點(diǎn)i的數(shù)據(jù)包信息不會(huì)受到干擾。

(2)當(dāng)中心節(jié)點(diǎn)i位于如圖2(a)的圓形位置時(shí)，如圖3(b)分析，該節(jié)點(diǎn)i的τ2等于Tp。此時(shí)，該節(jié)點(diǎn)不會(huì)受到干擾影響。

(3)當(dāng)邊緣節(jié)點(diǎn)i處于如圖2(a)中菱形位置時(shí)，此節(jié)點(diǎn)i的τ3小于Tp。如圖3(c)所示，此類邊緣節(jié)點(diǎn)i的數(shù)據(jù)包信息會(huì)受到部分干擾。

(4)當(dāng)邊緣節(jié)點(diǎn)i位于如圖2(a)的三角形位置時(shí)，如圖3(d)所示，該節(jié)點(diǎn)i的τ4小于Tp，甚至τ4=0。此時(shí)，該邊緣節(jié)點(diǎn)i會(huì)嚴(yán)重受到干擾影響。

圖3 小區(qū)1中各節(jié)點(diǎn)受干擾情況的分析

考慮時(shí)延差τi的影響，節(jié)點(diǎn)i瞬時(shí)SINR修正為

(7)

式(7)中：βi為沖突比，是一個(gè)數(shù)據(jù)包受干擾影響的程度，用百分比表示。如圖3(a)、圖3(b)所示，由于中心節(jié)點(diǎn)能夠在干擾來臨前完成數(shù)據(jù)包的接收，該類節(jié)點(diǎn)不會(huì)受到相鄰小區(qū)的干擾，βi=0；如圖3(c)、圖3(d)所示，對于邊緣節(jié)點(diǎn)βi=1-τi/Tp，著重分析邊緣節(jié)點(diǎn)的干擾情況，且0<βi≤1。

2.2 SFR子頻帶分配

在均勻分布的無線網(wǎng)絡(luò)中，傳統(tǒng)SFR方案的子頻帶分配與小區(qū)內(nèi)部半徑和小區(qū)半徑的平方成正比。然而，水聲信道的頻帶分配需要考慮路徑損耗的影響。因此，T-SFR依據(jù)覆蓋概率進(jìn)行頻帶分配[10]。

(8)

(9)

式(9)中：Ej[·]為水下多小區(qū)網(wǎng)絡(luò)中的隨機(jī)干擾小區(qū)j的期望；Pi為小區(qū)邊緣節(jié)點(diǎn)的傳輸功率；j1、j2分別表示為發(fā)送到小區(qū)中心節(jié)點(diǎn)和邊緣節(jié)點(diǎn)的干擾；lj1、lj2分別表示為節(jié)點(diǎn)i與干擾j1、j2之間的距離。TFR可根據(jù)其對邊緣區(qū)域頻帶寬度的影響進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，也可基于節(jié)點(diǎn)負(fù)載通過互補(bǔ)累積分布函數(shù)求逆得出。

3 小區(qū)內(nèi)資源分配

在自適應(yīng)OFDMA系統(tǒng)中，由于水聲信道的時(shí)變特性，導(dǎo)致反饋的延時(shí)CSI影響自適應(yīng)資源分配性能。建立一種結(jié)合線性函數(shù)和有限狀態(tài)馬爾科夫鏈的預(yù)測器，即LFSMC預(yù)測器，來獲取更準(zhǔn)確的CSI，進(jìn)而完成自適應(yīng)資源分配以優(yōu)化系統(tǒng)平均吞吐量。

小區(qū)內(nèi)資源分配問題的優(yōu)化模型可表示為

(10)

式(10)中：U為節(jié)點(diǎn)數(shù)；N為子載波數(shù)；bu,n為節(jié)點(diǎn)u占用子載波n時(shí)的吞吐量；es表示誤比特率要求；δu,n表示節(jié)點(diǎn)u是否得到子載波n；THRcell表示目標(biāo)小區(qū)總的吞吐量。

構(gòu)建LFSMC預(yù)測器的主要步驟如下。

(1)將CSIγ轉(zhuǎn)化為有限的信道狀態(tài)數(shù)C(m)，其中C(m) ∈[0，S-1]，其中，m為時(shí)間，S為信道狀態(tài)數(shù)。根據(jù)vs閾值將CSI劃分成有限FSMC狀態(tài)的離散值。選取vs的方法是使每個(gè)FSMC狀態(tài)的平穩(wěn)概率πs相等且為1/S，即等概率法[11]。

(11)

式(11)中：σ2為瑞利衰落信道增益方差。

考慮到v0=0，vs+1=∞，可求出各門限vs(s=1,2,…,S)的值。即CSI可以劃分為[0,v1)，[v1,v2),…,[vs,∞)。如果CSI落在區(qū)間[vs,vs+1]，則定義C(m)=s。

(2)求解線性相關(guān)系數(shù)ψl。首先將訓(xùn)練序列T(m)利用狀態(tài)標(biāo)簽C(m)=s并通過量化的方法映射到不同的狀態(tài)區(qū)域，然后T(m)再利用Yule-Walker方程計(jì)算ψl。為了更新和記錄ψl[12]，令

ψl(m,s)=ψl[m,C(m+1)=s|C(m),C(m-1),…,C(m-L+1)]

(12)

式(12)中：ψl(m,s)表示信道狀態(tài)從C(m-L+1),C(m-L+2),…,C(m)到C(m+1)=s時(shí)，第l個(gè)線性相關(guān)系數(shù)。不同的T(m)求得的ψl值不同，因此采用多組T(m)求取臨時(shí)的多個(gè)線性系數(shù)，再對其求均值。

(3)建立一個(gè)S×S維的狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣P(m)。由于在小尺度衰落信道中，CSI變化的比較慢，所以假設(shè)從時(shí)間m-1～m，F(xiàn)SMC狀態(tài)只發(fā)生在當(dāng)前或者相鄰狀態(tài)之間。即CSI或者轉(zhuǎn)移到相鄰區(qū)域[vs-1,vs)/[vs+1,vs+2)，或者保持在原有區(qū)間[vs,vs+1)。矩陣P(m)的元素pq,w(m)為

pq,w(m)=Pr[C(m)=q|C(m-1)=w]

(13)

式(13)中：P(m)表示CSI從狀態(tài)q轉(zhuǎn)移到狀態(tài)w的概率。在瑞利衰落信道中，P(m)可近似表示為[13]

(14)

式(14)中：Pq,q-1(m)表示矩陣P(m)中CSI從狀態(tài)q轉(zhuǎn)換到前一狀態(tài)q-1的概率；Pq,q(m)表示矩陣P(m)中CSI保持原有狀態(tài)q的概率；Pq,q+1(m)表示矩陣P(m)中CSI從狀態(tài)q轉(zhuǎn)換到后一狀態(tài)q+1的概率。

定義p0,0、pS-1,S-1分別為

p0,0=1-p0,1，pS-1,S-1=1-pS-1,S-2

(15)

式中：Ts為符號周期；fd為最大多普勒頻移。

(4)根據(jù)反饋的延時(shí)CSI，利用軟均值算法[14]，將ψl(m,s)和P(m)代入式(15)，以獲取延時(shí)tm時(shí)隙后m+1時(shí)更精確的CSI，進(jìn)而提高系統(tǒng)性能。

(16)

在獲取更準(zhǔn)確的CSI后，采取以下步驟進(jìn)行自適應(yīng)資源分配：①使用比例公平算法將子載波分配給各節(jié)點(diǎn)，既能保證節(jié)點(diǎn)間的公平性，也能顧及系統(tǒng)性能；②每個(gè)節(jié)點(diǎn)子載波上加載的比特通過Chow算法給出[15]。每個(gè)子載波的比特加載與CSI成正比；③功率的加載通過比特分配結(jié)果進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)最優(yōu)的比特分配以及功率加載進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的傳輸，以獲取最優(yōu)的吞吐量。

4 仿真結(jié)果

根據(jù)表1給出的系統(tǒng)重要參數(shù)，對水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的小區(qū)間、小區(qū)內(nèi)以及整個(gè)水聲網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能進(jìn)行了優(yōu)化。

表1 參數(shù)設(shè)置

4.1 小區(qū)間

在水聲網(wǎng)絡(luò)小區(qū)內(nèi)，假設(shè)邊緣節(jié)點(diǎn)i的傳輸距離為700 m，圖4采用Bellhop工具分析了理論信道和仿真信道下不同復(fù)用方案邊緣節(jié)點(diǎn)的SINR。結(jié)果表明，在β=0.5時(shí)SFR方案的SINR最優(yōu)，其次是SFR，最后為FFR。隨著頻率f的增大，SINR呈現(xiàn)先增后減的規(guī)律。因此，系統(tǒng)可以為邊緣節(jié)點(diǎn)提供最優(yōu)的工作頻率，以滿足該類節(jié)點(diǎn)的服務(wù)質(zhì)量需求。

圖4 頻率變化下不同復(fù)用方案的邊緣節(jié)點(diǎn)的SINR

當(dāng)系統(tǒng)帶寬范圍為9～15 kHz時(shí)，圖5仿真了邊緣區(qū)域在不同SINR閾值下的頻帶寬度。結(jié)果表明，隨著SINR閾值和βi的增大，邊緣區(qū)域的頻帶寬度越大。在水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)中，可通過確定βi和合適的SINR閾值來滿足邊緣節(jié)點(diǎn)的速率需求。

圖5 不同沖突比下邊緣節(jié)點(diǎn)的子頻帶寬度

圖6 不同頻率下邊緣節(jié)點(diǎn)的SINR

在水聲 SFR系統(tǒng)中，考慮到βi的影響，如圖6分析了在變化的頻率f下邊緣節(jié)點(diǎn)的SINR。從圖6可以看出，隨著βi的增大, SINR呈非線性減小。并且，當(dāng)頻率f為11 kHz時(shí)，邊緣節(jié)點(diǎn)的SINR性能最優(yōu)。

因此，可通過合理地設(shè)計(jì)τi與Tp，以確定干擾信號對目標(biāo)小區(qū)節(jié)點(diǎn)接收的有用數(shù)據(jù)包的干擾程度，即確定βi的大小。以最大限度降少邊緣節(jié)點(diǎn)受干擾的影響，更好地滿足該類節(jié)點(diǎn)的速率需求。

4.2 小區(qū)內(nèi)

分析SINR閾值區(qū)間與調(diào)制方式之間的關(guān)系，并在誤比特率約束下，比較了固定自適應(yīng)調(diào)制(adaptive modulation，AM)系統(tǒng)、線性自適應(yīng)調(diào)制系統(tǒng)(linear system-AM，LS-AM)、基于馬爾科夫鏈預(yù)測(Markov chain-AM，MC-AM)[7]及基于LFSMC預(yù)測器預(yù)測(LFSMC-AM)的自適應(yīng)系統(tǒng)的性能。

在水聲OFDMA系統(tǒng)中，圖7仿真了4種固定調(diào)制方式下，系統(tǒng)誤比特率的性能。結(jié)果表明，在某SINR閾值區(qū)間內(nèi)，存在一種固定的調(diào)制方式能夠使誤比特率最小。在誤比特率為10-3時(shí)，根據(jù)SINR閾值區(qū)間選擇最優(yōu)的調(diào)制方式。表2為SINR閾值與調(diào)制電平之間的映射規(guī)則。

在水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的小區(qū)內(nèi)，可以通過LFSMC預(yù)測器獲取更準(zhǔn)確的CSI用以自適應(yīng)資源分配。如圖8所示，將4種自適應(yīng)方式的吞吐量性能進(jìn)行對比。結(jié)果表明，由于對信道時(shí)延考慮的不充分，基于直接反饋CSI的AM性能最差。LS-AM預(yù)測方法的吞吐量性能差于MC-AM方案。由于LFSMC-AM預(yù)測方法結(jié)合了線性函數(shù)和馬爾可夫鏈模型的特點(diǎn)，因此基于LFSMC-AM預(yù)測器的建模方法可以提高水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的吞吐量性能。

圖7 固定調(diào)制方式下系統(tǒng)誤比特率性能

表2 調(diào)制切換閾值

圖8 自適應(yīng)調(diào)制的吞吐量性能

圖9 整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的吞吐量比較

4.3 系統(tǒng)仿真

以7小區(qū)的水聲網(wǎng)絡(luò)為例，從有CSI預(yù)測和無CSI預(yù)測兩個(gè)角度對比了FFR、SFR、T-SFR三種頻率復(fù)用方案的吞吐量性能。仿真結(jié)果如圖9所示，T-SFR-LFSMC方案在中心區(qū)域與邊緣區(qū)域平均吞吐量表現(xiàn)上均優(yōu)于其他方案。這是因?yàn)門-SFR-LFSMC方案利用LFSMC預(yù)測器獲取了更準(zhǔn)確的CSI，提高了自適應(yīng)資源分配性能。并分別對中心區(qū)域節(jié)點(diǎn)、邊緣區(qū)域節(jié)點(diǎn)采用了較低、較高的發(fā)射功率，利用T-SFR方案的時(shí)延差思路降低了相鄰小區(qū)部分干擾的影響。由于系統(tǒng)平均吞吐量定義為中心區(qū)域與邊緣區(qū)域平均吞吐量之和，因此T-SFR-LFSMC方案下的系統(tǒng)平均吞吐量性能最優(yōu)。

5 結(jié)論

在時(shí)變水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)中，提出了基于時(shí)延差的T-SFR系統(tǒng)，對小區(qū)內(nèi)自適應(yīng)資源分配和小區(qū)間干擾問題進(jìn)行了優(yōu)化。得出以下結(jié)論。

(1) T-SFR方案在保證小區(qū)邊緣節(jié)點(diǎn)對SINR要求的同時(shí)，緩解了小區(qū)間干擾; 仿真結(jié)果驗(yàn)證了所提T-SFR方案在SINR方面優(yōu)于現(xiàn)有的FFR、SFR方案。

(2)在小區(qū)內(nèi)，針對水聲信道的時(shí)變特性，提出了結(jié)合線性函數(shù)和馬爾科夫鏈模型的LFSMC預(yù)測器，以獲取更準(zhǔn)確的CSI進(jìn)行自適應(yīng)OFDMA資源分配；仿真結(jié)果表明，基于LFSMC預(yù)測器預(yù)測反饋?zhàn)赃m應(yīng)系統(tǒng)的性能優(yōu)于MC的性能。

(3)對于整個(gè)水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，分析頻率復(fù)用方案在有CSI預(yù)測和無CSI預(yù)測條件下的吞吐量性能；系統(tǒng)仿真驗(yàn)證了采用T-SFR方案的吞吐量最優(yōu)，再進(jìn)一步結(jié)合LFSMC預(yù)測器獲取更準(zhǔn)確的CSI用以自適應(yīng)資源分配，能夠最大化系統(tǒng)平均吞吐量。