受限回程鏈路下的協(xié)作網(wǎng)絡(luò)分析與優(yōu)化.pdf

1、多小區(qū)協(xié)作能夠有效的消除小區(qū)間干擾，提升小區(qū)邊緣用戶的速率和用戶服務(wù)的公平性。參與協(xié)作的基站之間通過進(jìn)行交互信道狀態(tài)信息(Channel StateInformation，CSI)以及用戶的數(shù)據(jù)，不僅可以消除干擾，還可以有效的利用干擾，從而提升系統(tǒng)的吞吐量。協(xié)作的基站可以在上行鏈路中進(jìn)行聯(lián)合譯碼，在下行鏈路中進(jìn)行聯(lián)合預(yù)編碼。從理論上講，如果基站之間能夠完美地進(jìn)行數(shù)據(jù)和信息交互，干擾可以完全消除掉。但是實(shí)際應(yīng)用多小區(qū)技術(shù)時(shí)，協(xié)作基站之間需

2、要部署回程鏈路來完成信道狀態(tài)信息和數(shù)據(jù)的交互。因?yàn)榛局g進(jìn)行信息交互的回程鏈路容量或者時(shí)延并不是完美的，所以實(shí)際多小區(qū)協(xié)作技術(shù)會受到回程鏈路容量以及時(shí)延的約束。
　　針對多小區(qū)協(xié)作技術(shù)在實(shí)際部署中回程鏈路的容量受約束問題，本文研究在回程鏈路容量受限下多小區(qū)協(xié)作方案設(shè)計(jì)、基站量化方案選擇以及中心處理端聯(lián)合檢測性能分析等相關(guān)問題，主要內(nèi)容包括:
　　1)研究回程鏈路容量受限下的多小區(qū)協(xié)作方案設(shè)計(jì)問題。在兩用戶兩基站場景下，考慮

3、基站具有一定的譯碼能力，研究如何分配基站譯碼和中心處理節(jié)點(diǎn)聯(lián)合譯碼來最大化系統(tǒng)用戶速率和。在研究中，用戶端需要將傳輸信息分為基站譯碼信息和聯(lián)合譯碼信息，通過疊加編碼形成發(fā)射信號。進(jìn)而通過無線信道傳送到基站，基站先對用戶基站譯碼信息進(jìn)行譯碼，然后將剩下的接收信號壓縮轉(zhuǎn)發(fā)給中心處理節(jié)點(diǎn)。中心處理節(jié)點(diǎn)先對接收信號進(jìn)行解壓縮再對用戶信息進(jìn)行聯(lián)合譯碼。研究發(fā)現(xiàn)，提出的方案能夠在回程鏈路容量受約束下提升系統(tǒng)用戶速率和。進(jìn)一步，基于現(xiàn)在用戶請求信息內(nèi)

4、容的相同與不同，將用戶在基站譯碼信息進(jìn)一步細(xì)化分為公信息和私信息兩種，公信息指用戶發(fā)射的相同信息，私信息是指用戶發(fā)射的不同信息。同樣研究如何分配公信息、私信息和聯(lián)合譯碼信息來最大化系統(tǒng)用戶速率和。研究發(fā)現(xiàn)引入公信息和私信息可以提升基站的譯碼效率，從而進(jìn)一步提升回程鏈路容量受約束下系統(tǒng)性能。另外，本文在衡量方案性能時(shí)通過比較可達(dá)速率域，獲得該速率域的傳統(tǒng)方法是基于窮搜法。而本論文提出一種優(yōu)化算法得到可達(dá)速率域的邊界，大大降低窮搜的算法復(fù)雜

5、度。
　　2)研究基站量化轉(zhuǎn)發(fā)方案中量化方案選擇的問題。由于回程鏈路容量受約束，基站需要對接收信號進(jìn)行量化后再轉(zhuǎn)發(fā)給中心處理節(jié)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)合譯碼。本文考慮兩種不同情況:用戶有信干噪比(SINR)需求約束和用戶無SINR需求約束。論文分析了多用戶多基站場景下用戶輸入信號功率和基站量化誤差的協(xié)方差之間的關(guān)系。在用戶無SINR需求約束的情況下，本文提出聯(lián)合優(yōu)化用戶輸入信號功率和基站量化誤差協(xié)方差來最大化系統(tǒng)加權(quán)的用戶速率和。最終提出一種算法

6、解決該非凸的優(yōu)化問題并得到了全局最優(yōu)解。而當(dāng)用戶有SINR需求約束時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)用戶輸入信號功率與基站量化誤差協(xié)方差增加了耦合約束。通過對兩者之間的關(guān)系進(jìn)行分析，得到滿足用戶SINR需求約束下的基站量化誤差協(xié)方差的上下界。相關(guān)分析和結(jié)果給實(shí)際部署多小區(qū)協(xié)作技術(shù)時(shí)基站量化方案的選取具有指導(dǎo)意義。
　　3)研究回程鏈路容量受約束下多小區(qū)協(xié)作中聯(lián)合檢測的性能。本文主要考慮協(xié)作規(guī)模與檢測性能的關(guān)系，在小規(guī)模協(xié)作下給出各種線性檢測方案的檢測矩

7、陣。由于受到回程鏈路容量約束的影響，檢測矩陣需要滿足量化誤差協(xié)方差矩陣的約束。通過比較各種檢測方案的系統(tǒng)用戶遍歷速率和，可以看到在回程鏈路容量受約束下，不斷增加用戶端信噪比(SNR)并不能帶來用戶遍歷速率和的無限增加。而在大規(guī)模協(xié)作場景下，本文給出平均每個(gè)用戶速率的極限與協(xié)作基站數(shù)量的函數(shù)關(guān)系。在中心處理節(jié)點(diǎn)知道完美的CSI下，利用ZF檢測的平均每個(gè)用戶速率隨著協(xié)作基站數(shù)量增加反而會降低。而其他方案以及結(jié)合SIC的各種檢測方案隨著協(xié)作規(guī)