無線蜂窩通信系統(tǒng)多小區(qū)協(xié)作干擾抑制技術(shù)的研究.pdf

1、為了適應(yīng)無線網(wǎng)絡(luò)中迅猛增長的用戶數(shù)量以及用戶對(duì)數(shù)據(jù)速率的指數(shù)增長需求，下一代無線通信系統(tǒng)中采用全頻率復(fù)用實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的擴(kuò)大和系統(tǒng)性能的提升。然而，使用相同的頻段會(huì)導(dǎo)致小區(qū)間嚴(yán)重的干擾，特別是位于小區(qū)邊緣的用戶，服務(wù)質(zhì)量大幅下降。因此，小區(qū)間干擾抑制是無線網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)急需解決的關(guān)鍵問題。多小區(qū)協(xié)作是目前最受關(guān)注的技術(shù)之一，該技術(shù)通過不同小區(qū)的基站共享信道與數(shù)據(jù)信息，聯(lián)合設(shè)計(jì)傳輸方案，有效抑制網(wǎng)絡(luò)中的干擾。本文圍繞多小區(qū)協(xié)作干擾抑制技術(shù)中

2、的一些重點(diǎn)問題展開研究，考慮實(shí)際系統(tǒng)的各項(xiàng)限制因素，從物理傳輸以及網(wǎng)絡(luò)管理的角度設(shè)計(jì)信號(hào)收發(fā)算法以及資源分配方案。
　　首先，本文研究多小區(qū)多用戶多輸入單輸出系統(tǒng)加權(quán)速率和最大化問題，設(shè)計(jì)全局最優(yōu)的預(yù)編碼算法。將該問題構(gòu)造為可達(dá)速率域上的單調(diào)優(yōu)化問題，并提出一種單調(diào)優(yōu)化算法迭代逼近全局最優(yōu)解。該算法采用一系列不重疊的超矩形刻畫全局最優(yōu)解所在區(qū)域，通過對(duì)這些超矩形進(jìn)行分解、縮小、剔除等操作，不斷縮小全局最優(yōu)解所在范圍。每一次迭代過程

3、包含智能搜索、順序分割、頂點(diǎn)重置等步驟。與現(xiàn)有的基于可達(dá)速率域的算法相比，所提算法能夠明顯降低計(jì)算復(fù)雜度，加快收斂速度。
　　其次，本文研究信道信息存在統(tǒng)計(jì)誤差的多輸入多輸出（MIMO）干擾信道收發(fā)算法設(shè)計(jì)。在滿足自由度約束下，每對(duì)用戶可以傳輸多個(gè)數(shù)據(jù)流。從誤比特率的角度出發(fā)，選擇最差數(shù)據(jù)流均方誤差（MSE）為優(yōu)化目標(biāo)。給出包含估計(jì)誤差和延時(shí)誤差的統(tǒng)計(jì)誤差模型，并推導(dǎo)MSE的平均值，構(gòu)造最差數(shù)據(jù)流平均MSE優(yōu)化問題。采用逐次優(yōu)化的

4、方法迭代更新收發(fā)矩陣。固定預(yù)編碼矩陣，推導(dǎo)了接收矩陣的閉式解。對(duì)于優(yōu)化預(yù)編碼矩陣的問題，提出基于二階錐規(guī)劃的集中式算法和基于拉格朗日對(duì)偶的分布式算法。分析了兩種算法的收斂性能和計(jì)算復(fù)雜度，證明了集中式收發(fā)算法可以收斂到問題的Karush-Kuhn-Tucker點(diǎn)，而分布式收發(fā)算法則明顯降低了計(jì)算復(fù)雜度。此外，還討論了分布式算法在時(shí)分雙工和頻分雙工系統(tǒng)中的具體實(shí)現(xiàn)過程和所需的信息交互量。仿真結(jié)果驗(yàn)證了所提算法克服統(tǒng)計(jì)誤差的有效性以及相對(duì)現(xiàn)

5、有算法在誤比特率性能上的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，仿真還顯示了分布式算法在不損失誤比特率性能的同時(shí)可以大幅減少計(jì)算時(shí)間。
　　接下來，本文考慮另一種誤差有界模型下的MIMO干擾信道收發(fā)算法設(shè)計(jì)?？紤]信道誤差是在一定范圍內(nèi)隨機(jī)分布的，即誤差有界。引入輔助變量表示誤差影響下數(shù)據(jù)流MSE的最差情況，構(gòu)造最差情況數(shù)據(jù)流MSE優(yōu)化問題。由于誤差在分布范圍內(nèi)有無窮多種實(shí)現(xiàn)，優(yōu)化問題具有無窮多個(gè)約束，對(duì)此提出兩種處理方法。一種采用S-procedure推導(dǎo)等

6、價(jià)問題，另一種利用不等式性質(zhì)和范數(shù)定義推導(dǎo)近似問題。對(duì)這兩個(gè)問題分別采用逐次優(yōu)化算法，仿真顯示求解近似問題的復(fù)雜度較低，更適合天線較多的場(chǎng)景。同樣，所提算法有效克服了有界誤差的影響，相比基于均方誤差總和以及最差用戶均方誤差的算法能夠獲得更低的誤比特率。
　　最后，考慮實(shí)際無線蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行數(shù)據(jù)共享的回程鏈路是容量有限的，本文研究多小區(qū)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)協(xié)作傳輸方案設(shè)計(jì)，包括基站分簇和預(yù)編碼算法?；竞椭醒雴卧苫爻替溌愤B接成樹形網(wǎng)絡(luò)，中

7、央單元作為根節(jié)點(diǎn)，基站構(gòu)成樹的各層節(jié)點(diǎn)。根據(jù)樹形網(wǎng)絡(luò)每個(gè)基站只有一條流入鏈路的特征，將回程鏈路傳輸和無線鏈路傳輸?shù)年P(guān)系構(gòu)造為0-1變量線性不等式。以最差用戶速率為目標(biāo)構(gòu)造基站分簇和預(yù)編碼的聯(lián)合優(yōu)化問題。針對(duì)該非凸混合整數(shù)優(yōu)化，提出兩種基于線性規(guī)劃松弛的低復(fù)雜度次優(yōu)算法。第一種算法對(duì)目標(biāo)值采用二分搜索，提出包含功率分配、基站分簇、可行判斷的三步算法求解可行問題。第二種算法同樣設(shè)計(jì)為三步：無回程鏈路約束的最差速率優(yōu)化、基站分簇、給定基站分簇