無(wú)線通信中的多點(diǎn)協(xié)作傳輸技術(shù)研究.pdf

1、無(wú)線通信系統(tǒng)的干擾信號(hào)主要來(lái)自兩方面:一是由于小區(qū)內(nèi)空間復(fù)用引起的小區(qū)內(nèi)用戶間或者數(shù)據(jù)流間干擾;二是為了滿足日益增加的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需要而不斷縮小小區(qū)覆蓋范圍而引起的小區(qū)間干擾。事實(shí)上，小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)已成為未來(lái)無(wú)線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵問(wèn)題之一。特別是，基站間協(xié)同發(fā)送下行鏈路數(shù)據(jù)可以顯著提升通信系統(tǒng)性能，尤其是對(duì)小區(qū)邊緣用戶性能提升更加明顯。因此，本文以多點(diǎn)協(xié)作通信系統(tǒng)模型為研究對(duì)象，聯(lián)合利用凸優(yōu)化理論、非線性規(guī)劃理論和矩陣分析理論提出了一些求解不同

2、優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的多點(diǎn)協(xié)作算法;主要工作如下:
　　針對(duì)單、總基站功率約束的多點(diǎn)協(xié)同下行鏈路傳輸系統(tǒng)，研究了最大化最小用戶速率的上/下行鏈路間的對(duì)偶關(guān)系。基于對(duì)偶關(guān)系提出了求解虛擬上行鏈路最大最小化用戶速率優(yōu)化問(wèn)題的交替迭代優(yōu)化波束成形算法;同時(shí)，給出了所提算法的收斂性證明。利用該算法中優(yōu)化波束的特征，進(jìn)而提出了一種基于有限信息交換的分布式協(xié)同用戶調(diào)度算法。仿真結(jié)果表明，相比已有的多小區(qū)下行協(xié)同波束成形算法，所提算法在最差用戶速率性能

3、以及能效歸一化速率性能(RatePerEnergy)指標(biāo)方面都具有明顯優(yōu)勢(shì)。
　　針對(duì)單、總功率約束的多點(diǎn)協(xié)作多輸入單輸出下行鏈路系統(tǒng)，研究了系統(tǒng)和速率最大化優(yōu)化問(wèn)題。首先利用上/下行鏈路對(duì)偶理論和凸近函數(shù)近似方法，將總功率約束的系統(tǒng)和最大化優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化成近似加權(quán)逆信于噪比之和最小化優(yōu)化問(wèn)題;其次在給定波束矢量條件下利用幾何規(guī)劃優(yōu)化方法優(yōu)化發(fā)射功率;然后提出了一種復(fù)雜度低且有效的交替迭代多點(diǎn)協(xié)作波束成形和功率分配算法。最后，利用凸

4、近函數(shù)近似方法進(jìn)一步研究了單基站功率約束系統(tǒng)和速率最大化優(yōu)化問(wèn)題，并提出兩種低復(fù)雜度迭代優(yōu)化算法。相比于現(xiàn)有多點(diǎn)協(xié)作波束成形和功率分配算法，所提算法所需計(jì)算復(fù)雜度低、收斂速率快;而且所提算法所獲得的最優(yōu)解非常逼近窮舉法的最優(yōu)解;數(shù)值仿真結(jié)果也驗(yàn)證了所提算法的有效性。
　　針對(duì)多小區(qū)多用戶多輸入單輸出能效傳輸系統(tǒng)，研究了能效協(xié)同波束成形和功率分配優(yōu)化問(wèn)題。首先，將功率分配和波束成形問(wèn)題描述成考慮基站的鏈路功耗的非凸分?jǐn)?shù)形式的優(yōu)化問(wèn)題

5、;然后，利用分?jǐn)?shù)規(guī)劃方法把所需優(yōu)化的問(wèn)題轉(zhuǎn)化成兩個(gè)函數(shù)相減的形式，進(jìn)而設(shè)計(jì)出一種迭代優(yōu)化求解算法;在每一次迭代求解中，提出了一種求解功率分配和波束成形的次優(yōu)算法。最后，利用浮點(diǎn)運(yùn)算理論和單調(diào)序列定理分析證明了所提算法的復(fù)雜度及收斂性。同時(shí)，數(shù)值仿真驗(yàn)證了所提算法的有效性，仿真表明:在低發(fā)射功率時(shí)，實(shí)現(xiàn)和速率最大化的算法同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)能效最優(yōu);但在高發(fā)射功率時(shí)，實(shí)現(xiàn)和速率最大化的算法則不一定是實(shí)現(xiàn)能效最優(yōu)。
　　針對(duì)異構(gòu)協(xié)作傳輸系統(tǒng)的

6、網(wǎng)絡(luò)能效優(yōu)化問(wèn)題，首次提出了一種每小區(qū)能效準(zhǔn)則和相應(yīng)的能效準(zhǔn)則建立的能效優(yōu)化問(wèn)題。為了有效求解分?jǐn)?shù)加權(quán)和形式的能效優(yōu)化問(wèn)題，首先將用戶速率轉(zhuǎn)換成多項(xiàng)式形式優(yōu)化問(wèn)題，然后把分?jǐn)?shù)加權(quán)和能效優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)換成參數(shù)化多項(xiàng)式形式優(yōu)化問(wèn)題;然后提出了一種各優(yōu)化量均有解析解的交替優(yōu)化算法;最后分析了所提算法的復(fù)雜度、收斂性及實(shí)現(xiàn)方式。數(shù)值仿真結(jié)果表明在低信嗓比區(qū)域所提算法同時(shí)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)能效性能和最優(yōu)和速率性能，然而在中高信噪比區(qū)域，為了保證加權(quán)能效和，所提

7、算法在和速率性能上有所損失。
　　以實(shí)現(xiàn)干擾協(xié)調(diào)性能增益與代價(jià)之間的平衡為目的，利用異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的層間干擾特性提出了一種基于區(qū)域用戶分類的干擾協(xié)調(diào)方案。特別地，基于相對(duì)速率損失測(cè)試，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)區(qū)域被劃分成中心區(qū)域用戶和非中心用戶;然后提出一種基于有限反饋及區(qū)域用戶分類的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)機(jī)制;數(shù)值仿真表明基于區(qū)域用戶分類的干擾協(xié)調(diào)機(jī)制能夠明顯改善系統(tǒng)性能的同時(shí)減少了信息反饋量及交換量。
　　為減少多基站協(xié)作波束成形系統(tǒng)中基站間的信