【摘要】：異構(gòu)化和小型化已經(jīng)成為了未來無線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然趨勢(shì)。隨著多輸入多輸出理論和多天線協(xié)作傳輸技術(shù)的不斷研究發(fā)展,分布式天線系統(tǒng)得到了人們的廣泛關(guān)注并且被認(rèn)為是未來移動(dòng)通信系統(tǒng)的主要架構(gòu)。在分布式天線系統(tǒng)中,天線單元被部署在小區(qū)內(nèi)的不同位置,并通過光纖或者同軸電纜等媒質(zhì)連接到中央處理單元,具有以下幾方面的優(yōu)勢(shì)：有效的解決了蜂窩網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)或者小區(qū)邊緣的覆蓋盲區(qū)問題；帶來了空間分集增益,進(jìn)而增大了系統(tǒng)容量；提高了系統(tǒng)的能量效率。本文對(duì)分布式天線系統(tǒng)中的資源優(yōu)化進(jìn)行了研究,主要包括系統(tǒng)容量、具有服務(wù)質(zhì)量保障的聯(lián)合用戶調(diào)度和功率分配、以及具有時(shí)間異步魯棒性和系統(tǒng)能量效率最大化的聯(lián)合多用戶波束賦形等方面內(nèi)容,具體研究成果如下： 1.研究了基于OFDMA的上行分布式天線系統(tǒng)的容量問題。考慮接收端采用MMSE-SIC接收機(jī),允許多個(gè)用戶同時(shí)復(fù)用相同的子載波資源,構(gòu)造了聯(lián)合子載波和功率分配的系統(tǒng)容量最大化問題。由于該問題是一個(gè)混合整數(shù)規(guī)劃問題,首先提出了一種基于多用戶迭代功率注水的中心式貪婪算法,每次都只將能夠帶來系統(tǒng)和速率增益最大的子載波和用戶對(duì)進(jìn)行分配。然后進(jìn)一步提出了可以分布式實(shí)現(xiàn)的啟發(fā)式算法。仿真結(jié)果表明,所提出的啟發(fā)式算法能夠獲得接近貪婪算法的性能,并且相比于傳統(tǒng)算法,能夠有效的提高系統(tǒng)容量。 2.針對(duì)下行單小區(qū)分布式天線系統(tǒng),在發(fā)送端已知全部信道狀態(tài)信息條件下,研究了具有QoS保障的聯(lián)合用戶調(diào)度和功率分配算法。首先在給定天線單元分配結(jié)果時(shí),分別研究了基于用戶“硬移除”和“軟移除”的功率分配算法,前者是通過接納控制逐漸將不滿意用戶從系統(tǒng)中移除,而后者是逐漸降低服務(wù)不滿意用戶的天線單元的發(fā)射功率。然后定義了基于服務(wù)質(zhì)量和信道增益的用戶調(diào)度優(yōu)先級(jí)指標(biāo),進(jìn)而提出了聯(lián)合啟發(fā)式用戶調(diào)度和功率分配的算法。仿真結(jié)果表明,相比于基于遍歷搜索的算法,提出的算法具有較低的復(fù)雜度,同時(shí)得到了近似最優(yōu)的性能。 3.在發(fā)送端只知道部分信道狀態(tài)信息時(shí),用戶的QoS要求體現(xiàn)為對(duì)其接收SINR的中斷概率的約束。首先分析并推導(dǎo)了SINR中斷概率的閉式表達(dá)式。考慮到天線單元和用戶的隨機(jī)分布特性,提出了基于終端接收導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度信息的協(xié)作天線集合選擇方法。在此基礎(chǔ)上,構(gòu)造了系統(tǒng)總發(fā)射功率最小化的優(yōu)化問題。通過采用一階泰勒級(jí)數(shù)近似和半定松弛方法求解,提出了聯(lián)合多用戶的發(fā)送波束賦形算法。仿真結(jié)果表明,該算法具有很好的收斂性,能夠在部分信道狀態(tài)信息條件下保證用戶的QoS需求。 4.考慮到用戶終端接收到來自不同天線的發(fā)射信號(hào)具有不同傳輸時(shí)延的情況,研究了具有時(shí)間異步魯棒性的發(fā)送波束賦形算法。由于時(shí)間異步會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的同頻干擾和碼間串?dāng)_,首先采用分段線性函數(shù)近似的方法得到了用戶接收SINR的下界。此外,考慮到多個(gè)天線單元的聯(lián)合傳輸需要在回程鏈路上傳輸大量的用戶數(shù)據(jù),進(jìn)而構(gòu)造了最小化系統(tǒng)回程鏈路負(fù)荷的l0-范數(shù)優(yōu)化問題。通過采用加權(quán)l(xiāng)1-范數(shù)松弛的方法得到了問題的近似最優(yōu)解,最終提出了具有時(shí)間異步魯棒性的聯(lián)合波束賦形算法。仿真結(jié)果表明,所提出的算法在小于30%符號(hào)周期的時(shí)間異步環(huán)境下具有很好的性能,同時(shí)能夠有效的降低系統(tǒng)的回程鏈路負(fù)荷。 5.研究了分布式天線系統(tǒng)中具有能量效率最大化的聯(lián)合波束賦形算法。首先綜合考慮天線單元的發(fā)射功率和電路功耗、系統(tǒng)的回程鏈路功耗、以及中央處理單元的信號(hào)處理功耗,建立了一種適用于分布式天線系統(tǒng)的功耗模型。在此基礎(chǔ)上,構(gòu)造了系統(tǒng)能量效率最大化的非線性分?jǐn)?shù)優(yōu)化問題。通過將分?jǐn)?shù)優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為等效的D.C.問題,并采用一階泰勒級(jí)數(shù)松弛和連續(xù)凸近似的方法求解,最終得到了具有能量效率最大化的聯(lián)合多用戶波束賦形算法。仿真結(jié)果表明,相比于傳統(tǒng)的速率最大化或者功率最小化算法,所提出的算法能夠滿足用戶的最小傳輸速率需求,并且實(shí)現(xiàn)最大化整個(gè)分布式天線系統(tǒng)的能量效率的目標(biāo)。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TN92
【圖文】：

商用時(shí)間圖1.1 移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展歷程組織網(wǎng)絡(luò)(MANET，Mobile Ad Hoc Networks)> 無線城域網(wǎng)(WMAN, WirelessMetropolitan Area Networks)^ 衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)(SN，Satellite Networks)和各種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(*8>^’，Wireless Sensor Networks)等等，使得我們所處的無線環(huán)境呈現(xiàn)出各種異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)百花齊放和齊頭并進(jìn)的盛況。WLAN是利用無線通信技術(shù)在一定的局部范圍內(nèi)建立的網(wǎng)絡(luò)，是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和無線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它作為有線網(wǎng)絡(luò)的延伸，能夠使用戶真正實(shí)現(xiàn)隨時(shí)、隨地、隨意的寬帶網(wǎng)絡(luò)接入_-1191。自從美國電氣和電子工程師十辦會(huì)(IEEE，Institute of Electrical and Electronics Engineers)在 1997年公布了一個(gè)WLAN標(biāo)準(zhǔn)802.11以來

在傳統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)更大范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，宏蜂窩小區(qū)基站往往都架設(shè)很高的發(fā)射天線并采用很大的發(fā)射功率。然而基站為移動(dòng)終端提供的最大數(shù)據(jù)速率取決于它們之間的距離，移動(dòng)終端距離基站越近，所能夠獲得的數(shù)據(jù)速率也就越高。隨著互聯(lián)網(wǎng)及多媒體業(yè)務(wù)的出現(xiàn)，人們對(duì)高速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求呈現(xiàn)爆炸式的增長。為了進(jìn)一步提高無線網(wǎng)絡(luò)的容量，蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)經(jīng)歷了從宏小區(qū)(Macro-cell)、微小區(qū)(Micro-cell)到微微小區(qū)(Pico-cell)的發(fā)展演進(jìn)歷程。在小區(qū)半徑逐漸縮小的過程中，用戶與基站之間的距離也進(jìn)一步降低，從而移動(dòng)設(shè)備可以采用更低的發(fā)射功率與基站之間進(jìn)行通信，如圖1.3所示。從移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)來看，尤其是密集城區(qū)里各種高大建筑和地下設(shè)施的出現(xiàn)，使得無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由簡單的覆蓋型網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)為復(fù)雜的立體分層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。與此同時(shí)，無線網(wǎng)絡(luò)的容量分布呈現(xiàn)出非常的不均勻性和突發(fā)性。因此，現(xiàn)在的無線網(wǎng)絡(luò)不僅要求實(shí)現(xiàn)廣域覆蓋，更注重網(wǎng)絡(luò)容量和承載能力的提升。在這種需求下，小蜂窩(Small Cell)概念應(yīng)運(yùn)而生氣它是工作在授權(quán)或非授權(quán)頻段，采用低功率發(fā)射天線實(shí)現(xiàn)小范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)覆

2020圖1.3 無線網(wǎng)絡(luò)的小型化發(fā)展趨勢(shì)[261蓋，擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍和提高網(wǎng)絡(luò)容量。Small cell具有小型化、低發(fā)射功率、可控性好、智能化和組網(wǎng)靈活等優(yōu)點(diǎn)，因而具有廣泛的應(yīng)用場景。早在2012年底，Small cell的部署數(shù)量就達(dá)到了600多萬，超過了宏基站數(shù)量�？梢哉fSmall cell具有著非常廣闊的應(yīng)用前景，例如，3GPP組織在LTE-A標(biāo)準(zhǔn)中提出了支持多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的同質(zhì)異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，通過在宏蜂窩范圍內(nèi)增加家庭基站(FemtocellpH3。]、中繼基站(Relay^、并允許設(shè)備到設(shè)備之間的通{t(D2D, Device to Device)[32H34l等，解決蜂窩網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)過于集中和室內(nèi)及小區(qū)邊緣出現(xiàn)覆蓋盲區(qū)的問題。1.2分布式天線系統(tǒng)的起源和研究現(xiàn)狀1.2.1分布式天線系統(tǒng)的起源及發(fā)展分布式天線系統(tǒng)(DAS

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 劉田;楊琳;韓亮;唐友喜;;多小區(qū)分布式發(fā)射天線位置優(yōu)化[J];電子學(xué)報(bào);2011年12期

本文編號(hào)：2771176