多蜂窩MIMO無線網(wǎng)絡的資源分配研究.pdf

1、多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)在不需要增加額外頻帶的基礎(chǔ)上,能夠使得信道容量增加幾個數(shù)量級,這種顯著優(yōu)勢促使其成為未來無線通信的關(guān)鍵技術(shù)。然而,多蜂窩MIMO技術(shù)在實際通信系統(tǒng)下行鏈路中,面臨嚴重的用戶間、蜂窩間的干擾。傳統(tǒng)的分集技術(shù)和發(fā)射策略僅能提高鏈路水平的性能和可靠性,蜂窩中用戶的QoS仍沒有得到有效的改善。因此研究基于多蜂窩MIMO無線網(wǎng)絡資源分配的干擾避免技術(shù)具有重要的現(xiàn)實意義。
　　 本文在充分分析多蜂窩MIMO無線網(wǎng)

2、絡資源分配問題領(lǐng)域的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和實際運用的基礎(chǔ)上,針對其中MIMO多蜂窩干擾受限,基于協(xié)作預編碼和解碼技術(shù)信息處理和交互過于復雜導致現(xiàn)實系統(tǒng)難以實現(xiàn)等問題,做了以下研究內(nèi)容和創(chuàng)新工作:
　　 (1)本文提出了如何在多蜂窩MIMO網(wǎng)絡下行鏈路發(fā)射天線功率受限的情況下,通過多蜂窩協(xié)作尋求網(wǎng)絡效用最大化的波束形成和功率控制問題。與傳統(tǒng)問題模型相比,它的創(chuàng)新點體現(xiàn)在兩方面,一方面考慮了發(fā)射天線組合功率受限的情況,另一方面考慮了同一蜂

3、窩的同一子信道多用戶并行通信的強干擾情形。
　　 (2)在用戶功率平均分配的情況下,結(jié)合優(yōu)化理論,從博弈論角度出發(fā),引入價格機制將問題轉(zhuǎn)換為單用戶波束形成和功率分配的子問題。根據(jù)變量搜索方法的不同,本文提出了兩個基于多蜂窩協(xié)作算法:(a)在不存在天線功率組合限制的情況下,優(yōu)化問題僅有一個限制項(不考慮非零約束),提出了基于二分法搜索的協(xié)作算法,并且給出了算法收斂性證明。(b)當存在天線組合的限制時,優(yōu)化問題存在多個限制項,提出了

4、基于橢球算法搜索的協(xié)作算法,同時分析了算法的收斂性。該協(xié)作算法(基于二分法搜索的協(xié)作算法和基于橢球算法搜索的協(xié)作算法)時間復雜度較低,易于實現(xiàn)具有現(xiàn)實可行性。在仿真部分,通過Matlab仿真平臺在各種場景下對協(xié)作算法與非協(xié)作算法的性能進行比較,結(jié)果顯示,基站發(fā)射信噪比理想時,在各種網(wǎng)絡場景下,基于協(xié)作的平均分配算法性能都優(yōu)于非協(xié)作算法。
　　 (3)在基站發(fā)射天線功率和受限情況下,基于原始分解算法思想,將優(yōu)化問題分解為主問題和子

5、問題,對于主問題的功率限制變量采用快速投影算法進行更新,子問題采用類似于本文提出的用戶功率平均分配情況下的協(xié)作算法求解。本文提出了基于快速投影的自適應功率分配算法,并對該算法的實現(xiàn)和自適應分配機制進行了詳細的分析。該算法能夠根據(jù)用戶的信道特性自適應實現(xiàn)波束形成和功率控制。最后通過Matlab仿真平臺在各種場景下對協(xié)作算法、非協(xié)作算法、基于快速投影的自適應功率分配算法進行多次仿真,結(jié)果顯示:自適應算法盡管增加了算法和系統(tǒng)的復雜度,但網(wǎng)絡效