本文關(guān)鍵詞：多小區(qū)協(xié)作處理的若干關(guān)鍵技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：移動(dòng)通信系統(tǒng)已經(jīng)由最早的低容量的模擬機(jī)時(shí)代發(fā)展到如今的數(shù)字時(shí)代。用戶的快速增長以及各種新型業(yè)務(wù)的層出不窮對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率與頻譜效率提出了更高的要求。對(duì)于整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)而言,傳統(tǒng)方法是每個(gè)小區(qū)基站獨(dú)立處理其接收到的無線信號(hào),將其他小區(qū)信號(hào)當(dāng)作噪聲而不進(jìn)行任何利用。這種處理方法由于受限于小區(qū)間的鄰信道干擾而無法提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率。近幾年來,多小區(qū)協(xié)作處理概念的提出就是為了提高網(wǎng)絡(luò)的頻譜利用率。多小區(qū)協(xié)作處理是對(duì)一類技術(shù)的統(tǒng)稱。通過使用多個(gè)接入點(diǎn)對(duì)每個(gè)用戶進(jìn)行協(xié)作傳輸或接收檢測(cè),多小區(qū)協(xié)作處理技術(shù)可以有效利用或緩解小區(qū)間的干擾。具體而言,干擾的消除或者有效利用是通過協(xié)作基站之間共享CSI甚至用戶數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)的。與多小區(qū)協(xié)作處理具有同樣協(xié)作性質(zhì)的LTE-A中的分布式架構(gòu)已經(jīng)被提出并且被3GPP組織接受,但是其基站之間協(xié)作的接口能力相對(duì)薄弱,而且僅僅針對(duì)局部地區(qū)內(nèi)有限個(gè)數(shù)的基站之間進(jìn)行協(xié)作。由此可見,多小區(qū)協(xié)作處理對(duì)于提高整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)的性能還有較大潛力可以挖掘。目前,國內(nèi)外在多小區(qū)協(xié)作處理的研究方向上已經(jīng)取得了一定的研究成果。對(duì)于上行接收而言,主要的研究方向是分布式檢測(cè)算法。為了降低檢測(cè)復(fù)雜度,這一類算法通常將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)建模成一個(gè)大的因子圖結(jié)構(gòu),然后在因子圖上使用消息傳遞算法進(jìn)行檢測(cè)譯碼�；谝蜃訄D的算法最大的缺點(diǎn)就是復(fù)雜度會(huì)隨著用戶的增加呈指數(shù)級(jí)增長。這些分布式算法主要考慮的是算法復(fù)雜度、消息傳遞開銷以及傳遞消息的量化等。為了在復(fù)雜度與性能之間做出較好折中,網(wǎng)絡(luò)可以分為很多個(gè)集群,集群內(nèi)部進(jìn)行分布式檢測(cè),而集群之間則不進(jìn)行消息傳遞。對(duì)于下行發(fā)送而言,主要的研究方向是多小區(qū)波束賦形。以網(wǎng)絡(luò)容量為目標(biāo)的多小區(qū)波束賦形設(shè)計(jì)問題己被證明沒有多項(xiàng)式時(shí)間復(fù)雜度的算法可以求解。人們提出了很多次優(yōu)算法來快速得到較優(yōu)解。其中一些算法也考慮了在多小區(qū)網(wǎng)絡(luò)中的分布式實(shí)現(xiàn)。本文研究了多小區(qū)協(xié)作處理技術(shù)中上行迭代干擾消除與下行波束賦形設(shè)計(jì)的若干問題。主要包括以下三個(gè)方面的創(chuàng)新工作：第一,本文對(duì)迭代干擾消除在多小區(qū)上行網(wǎng)絡(luò)中的可達(dá)速率域進(jìn)行了研究。在研究方法上,文中首次使用具有結(jié)構(gòu)性且對(duì)AWGN信道的仙農(nóng)容量可達(dá)的嵌套格碼作為理論工具對(duì)多小區(qū)迭代干擾消除的可達(dá)速率域進(jìn)行研究。嵌套格碼同時(shí)具備了理論優(yōu)勢(shì)與實(shí)用化潛力。利用格的良好理論性質(zhì),本文得到了兩小區(qū)網(wǎng)絡(luò)與線性Wyner模型網(wǎng)絡(luò)的迭代干擾消除可達(dá)速率域的下界與上界；另外,進(jìn)一步將模型擴(kuò)展到一般多小區(qū)網(wǎng)絡(luò),得到迭代干擾消除的收斂條件與單用戶的最小可達(dá)速率。最后得到一個(gè)重要結(jié)論,在滿足收斂條件的前提下,迭代干擾消除的漸近可達(dá)速率可以趨近單小區(qū)的無干擾條件第二,本文從實(shí)用化的角度針對(duì)多小區(qū)大規(guī)模MIMO網(wǎng)絡(luò)提出了較低復(fù)雜度的基于MMSE估計(jì)的迭代干擾消除方法。該方法的關(guān)鍵思路是每次直接對(duì)小區(qū)之間的干擾進(jìn)行MMSE估計(jì),然后相互交換干擾估計(jì)進(jìn)行干擾消除,從而提高下次干擾估計(jì)的準(zhǔn)確度。按照這一思路,本文得到了迭代干擾消除的干擾估計(jì)與估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣的一般表達(dá)式。利用估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣的一般表達(dá)式可以對(duì)任意網(wǎng)絡(luò)中迭代干擾消除的收斂性進(jìn)行分析。仿真結(jié)果顯示,使用一般表達(dá)式得到的理論上的收斂性行為與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)非常吻合。考慮到一些符號(hào)估計(jì)在迭代過程中能夠獲得較高的置信度,本文還進(jìn)一步提出了對(duì)部分符號(hào)估計(jì)進(jìn)行硬判決之后的干擾消除方法。從仿真結(jié)果可以看到,多次迭代可以逐步提高系統(tǒng)的檢測(cè)性能,而且對(duì)部分符號(hào)估計(jì)進(jìn)行硬判決還可以進(jìn)一步縮小與無干擾條件下檢測(cè)性能之間的差距。第三,本文針對(duì)HetNet與多小區(qū)大規(guī)模MIMO網(wǎng)絡(luò)提出了協(xié)作波束賦形的并行與分布式優(yōu)化算法的統(tǒng)一框架。文中提出了以用戶為中心的部分協(xié)作策略,從而在高頻譜效率與協(xié)作開銷之間得到更好的折中。為了體現(xiàn)出系統(tǒng)的真實(shí)性能,本文以網(wǎng)絡(luò)和速率為目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化問題的建模,并且通過證明得到了與之等價(jià)的優(yōu)化問題,而后者相比前者更容易優(yōu)化。針對(duì)以用戶為中心的部分協(xié)作策略導(dǎo)致的耦合問題,該框架對(duì)等價(jià)優(yōu)化問題進(jìn)行分層解耦,得到了具有分布式形式的上層問題與相互獨(dú)立的下層子問題。另外,本文利用下層子問題目標(biāo)函數(shù)隱含的部分可分離特性,對(duì)子問題提出了并行求解算法。仿真結(jié)果顯示,該優(yōu)化算法框架可以得到高質(zhì)量的波束賦形向量,而且子問題的并行求解可以很大程度減少算法迭代次數(shù)。對(duì)于多小區(qū)大規(guī)模MIMO網(wǎng)絡(luò),該算法框架還具有明顯的低功耗優(yōu)勢(shì)。
【關(guān)鍵詞】：協(xié)作處理 迭代干擾消除 波束賦形設(shè)計(jì) 分層優(yōu)化模型 并行與分布式算法
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN929.5
【目錄】：

• 摘要4-7
• ABSTRACT7-14
• 符號(hào)說明14-15
• 英文縮略語15-17
• 第一章 緒論17-30
• 1.1 多小區(qū)協(xié)作的發(fā)展背景17-19
• 1.2 多小區(qū)協(xié)作的研究進(jìn)展19-23
• 1.2.1 上行聯(lián)合檢測(cè)20-22
• 1.2.2 下行聯(lián)合預(yù)編碼22-23
• 1.3 本文的主要工作23-25
• 1.3.1 上行迭代干擾消除23-25
• 1.3.2 下行協(xié)作波束賦形25
• 1.4 本文的組織結(jié)構(gòu)25-26
• 1.5 本章參考文獻(xiàn)26-30
• 第二章 多小區(qū)上行迭代干擾消除的可達(dá)速率域研究30-60
• 2.1 引言30-31
• 2.2 格碼理論以及嵌套格碼在AWGN信道中的可達(dá)容量域31-39
• 2.2.1 格理論簡介31-33
• 2.2.2 嵌套格編碼33-35
• 2.2.3 MLAN信道35-37
• 2.2.4 MLAN信道的容量37-39
• 2.3 基于嵌套格碼的迭代干擾消除方法39-50
• 2.3.1 非MLAN信道下的可達(dá)速率域40-45
• 2.3.2 MLAN信道下的迭代干擾消除與可達(dá)速率上界估計(jì)45-50
• 2.4 線性Wyner模型網(wǎng)絡(luò)下的迭代干擾消除速率分析50-53
• 2.4.1 非MLAN信道下的可達(dá)速率域51-53
• 2.4.2 MLAN信道下可達(dá)速率上界估計(jì)53
• 2.5 一般多小區(qū)網(wǎng)絡(luò)下迭代干擾消除的收斂性與可達(dá)速率53-56
• 2.6 本章小結(jié)56-57
• 2.7 本章參考文獻(xiàn)57-60
• 第三章 多小區(qū)大規(guī)模MIMO網(wǎng)絡(luò)中的上行迭代干擾消除方法研究60-90
• 3.1 引言60-61
• 3.2 系統(tǒng)模型與MMSE估計(jì)理論61-66
• 3.2.1 信道響應(yīng)模型62
• 3.2.2 導(dǎo)頻信號(hào)模型62-64
• 3.2.3 數(shù)據(jù)信號(hào)模型64-65
• 3.2.4 MMSE估計(jì)理論65-66
• 3.3 信道估計(jì)與多小區(qū)干擾消除66-79
• 3.3.1 信道估計(jì)66-69
• 3.3.2 兩小區(qū)網(wǎng)絡(luò)迭代干擾消除69-73
• 3.3.3 多小區(qū)網(wǎng)絡(luò)迭代干擾消除73-74
• 3.3.4 迭代干擾消除的收斂性分析74-77
• 3.3.5 去中心化實(shí)現(xiàn)與復(fù)雜度分析77-79
• 3.4 部分符號(hào)估計(jì)硬判決后的MMSE干擾消除79-83
• 3.4.1 部分符號(hào)估計(jì)的硬判決79-81
• 3.4.2 干擾估計(jì)及估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣的重構(gòu)81-83
• 3.5 迭代干擾消除性能仿真83-88
• 3.5.1 完美信道估計(jì)下的迭代干擾消除83-86
• 3.5.2 非完美信道估計(jì)下的迭代干擾消除86-88
• 3.6 本章小結(jié)88
• 3.7 本章參考文獻(xiàn)88-90
• 第四章 多小區(qū)下行鏈路的并行與分布式波束賦形設(shè)計(jì)算法研究90-115
• 4.1 引言90-92
• 4.2 系統(tǒng)模型與優(yōu)化問題建模92-101
• 4.2.1 信號(hào)傳輸模型94-95
• 4.2.2 優(yōu)化問題的等價(jià)轉(zhuǎn)換95-101
• 4.3 問題的分層分解101-108
• 4.3.1 問題分解101-104
• 4.3.2 子問題的并行求解104-107
• 4.3.3 參數(shù)選擇107-108
• 4.4 數(shù)值結(jié)果108-113
• 4.4.1 HetNet108-110
• 4.4.2 多小區(qū)大規(guī)模MIMO網(wǎng)絡(luò)110-113
• 4.5 本章小結(jié)113
• 4.6 本章參考文獻(xiàn)113-115
• 第五章 總結(jié)與展望115-117
• 5.1 總結(jié)115-116
• 5.2 展望116-117
• 致謝117-118
• 攻讀博士學(xué)位期間研究成果118

  本文關(guān)鍵詞：多小區(qū)協(xié)作處理的若干關(guān)鍵技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：304308