分布式天線系統(tǒng)中的資源優(yōu)化.pdf

1、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。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)注并且被認為是未來移動通信系統(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: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,進而增大了系統(tǒng)容量;提高了系統(tǒng)的能量效率。本文對分布式天

2、線系統(tǒng)中的資源優(yōu)化進行了研究,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?？紤]接收端采用 MMSE-SIC接收機,允許多個用戶同時復(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。由于該問題是一個混合整數(shù)規(guī)劃問題,首先提出了一種基于多用戶迭代

3、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進行分配。然后進一步提出了可以分布式實現(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,分別研究了基于用戶‘硬移除”和‘軟移除”

4、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)先級指標(biāo),進而提出了聯(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,用戶的 QoS要求體現(xiàn)為對其接收SINR的中斷概率的約束。首先分析并推導(dǎo)了SIN

5、R中斷概率的閉式表達式。考慮到天線單元和用戶的隨機分布特性,提出了基于終端接收導(dǎo)頻信號強度信息的協(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)射信號具有不同傳輸時延的情況,研究了具有時間異步魯棒

6、性的發(fā)送波束賦形算法。由于時間異步會導(dǎo)致嚴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),進而構(gòu)造了最小化系統(tǒng)回程鏈路負荷的范數(shù)優(yōu)化問題。通過采用加權(quán)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％符號周期的時間異步環(huán)境下具有很好的性能,同時能夠有效的降低系

7、統(tǒng)的回程鏈路負荷。
　　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數(shù)優(yōu)化問題。通過將分數(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)