多小区协作系统的仿真实现及性能分析

基于对移动通信宽带化的认识,3GPP组织启动了LTE(Long Term Evolution)演进项目。LTE-Advanced作为LTE的进一步演进版本,提出了很多新的关键技术,协作式多点传输(Coordinated Multiple Point(CoMP)Transmission/Reception)技术就是其中之一。该技术通过多个小区之间的联合调度或协作传输,降低邻区干扰,提高用户接收信号质量。文中通过对多小区协作系统传输模型的分析,设计并搭建了多小区协作系统仿真平台,主要包括网络拓扑结构,Wraparound,大/小尺度衰落,链路干扰分析,自适应调制编码,预编码方案。在不同模式下,对系统进行了仿真与分析,结果表明该系统可以有效提高小区平均和小区边缘的频谱效率。

联合光源布局的多小区协作可见光通信系统资源分配算法

针对室内可见光通信(VLC)系统中存在小区间干扰的问题,提出一种联合光源布局的多小区协作多输入多输出(MIMO)正交频分多址(OFDMA)VLC系统资源分配算法。首先,在不影响照明的前提下,通过优化光源布局,将小区干扰限制在2个LED覆盖范围内;然后,引入协作MIMO技术,以用户公平性为优化目标;最后,对基于空分复用(SMP)和重复编码(RC)这2种协作模式的MIMO OFDMA VLC系统资源分配性能进行仿真。仿真结果表明:2种协作模式的MIMO OFDMA VLC系统的性能均优于单输入单输出(SISO)OFDMA VLC系统。基于RC模式的VLC系统对信道相关性鲁棒,其传输速率约为SISO OFDMA VLC系统的1.2倍。当信道矩阵条件数低于6时,基于SMP模式的VLC系统因获得较大的复用增益性能更优;当信道矩阵条件数等于2时,其VLC系统数据传输速率约为SISO OFDMA VLC系统的1.32倍。

基于多小区协作分布式波束选择算法

针对多天线蜂窝系统中小区间干扰带来的性能损失,研究了使用多小区协作波束选择来减少小区间干扰,提出了可在各个小区独立实现的分布式波束选择算法。该算法首先使小区之间相互交换用户的信道状态信息,之后每个小区基于本小区以及邻小区用户的信道状态信息来估计所有用户的信干噪比,最后选择能够最大化信干噪比乘积的波束。分析表明,在两小区模型下该算法的性能接近最优波束选择算法,同时复杂度大大降低。经仿真结果验证,在多天线蜂窝系统中使用分布式波束选择算法,可以在不影响用户公平性的基础上显著提高系统平均速率。

基于有限反馈的多小区协作迫零预编码

为了同时抑制小区间干扰和用户间干扰,在多小区多用户系统中,基站通过共享CSI,采用小区间干扰清零(ICIN)预编码算法,将2种干扰迫零。在该算法的基础上,提出了有限反馈情况下的自适应比特分配算法以最小化量化误差引起的速率损耗,更有效地利用反馈比特资源。并且,给出速率损耗保持恒定时,用户所需的总反馈比特数的变化规律。仿真结果表明,提出的自适应比特分配算法优于等比特分配算法,并且采用自适应比特分配时系统速率损耗较小,而复用增益与准确CSI时相同。

多小区协作通信研究综述

随着无线数据网络的发展,以及移动用户对高速数据服务需求的增长,使得能提供高速数据服务的协作策略的研究得到重视。蜂窝网络中协作通信的方式有以下几种:终端协作、中继协作和基站协作。基站协作也称为多小区协作处理,它是一种不管是在可行性方面还是在频谱效率方面都非常有前途的协作模式。文章在对相关研究资料进行深入分析的基础上,指出采用多小区协作处理的协作蜂窝网络与传统的干扰有限蜂窝网络相比的优点,分析协作蜂窝网络的体系结构与最优网络容量。同时,指出相关系统的局限性,并对今后的研究方向提出展望。

基于有限反馈的多小区协作迫零预编码

为了同时抑制小区间干扰和用户间干扰,在多小区多用户系统中,基站通过共享CSI,采用小区间干扰清零（ICIN）预编码算法,将2种干扰迫零。在该算法的基础上,提出了有限反馈情况下的自适应比特分配算法以最小化量化误差引起的速率损耗,更有效地利用反馈比特资源。并且,给出速率损耗保持恒定时,用户所需的总反馈比特数的变化规律。仿真结果表明,提出的自适应比特分配算法优于等比特分配算法,并且采用自适应比特分配时系统速率损耗较小,而复用增益与准确CSI时相同。

基于部分频率复用的多小区协作方案及容量分析

针对无线蜂窝网中的小区间干扰问题,给出一种基于部分频率复用的多小区协作传输方案。该方案将小区用户划分为中心用户和边缘用户,中心用户采用频率复用因子为1的本地基站通信,边缘用户采用频率复用因子为3的多基站协作通信,并通过对多个小区的基站进行功率控制,达到抑制小区间干扰、提高系统容量的目的。数值分析表明,相对于传统多小区蜂窝系统(TraditionalMulti-Cell System,TMCS)和广义分布式天线系统(Generalized Distributed Antenna System,GDAS),所提多小区协作蜂窝系统(Multi-Cell Cooperative System,MCCS)可以有效地克服小区间干扰,提高系统容量。

BRT车联网中基于切换邀请的多小区协作切换技术

目前BRT车联网中车载信息单元越区切换时延较大、中断率较高,极大影响了用户服务质量。依据BRT较规则的行驶线路及其邻近基站部署的位置信息,构建协作小区簇,提出一种基于切换邀请的多小区协作越区切换技术。该技术采用可变滑动窗口的切换邀请发送机制,能避免"乒乓"切换现象的发生,实现无缝切换,能使车载信息单元的越区切换快速、高效和可靠。仿真结果表明:与传统越区切换相比,该技术能降低切换中断概率和传输数据的出错率,提高小区边缘用户的数据吞吐量。可广泛应用于移动线路较规则且相对固定、移动速度较高的无线通信环境中。

基于随机几何理论的多小区协作网络分析

多小区协作技术能够解决拥堵蜂窝网络中小区边缘用户通信质量较差的问题,但是目前维纳模型无法准确分析该技术对蜂窝网络的影响。所以为了合理分析多小区协作技术带来的性能提升,文中提出利用泊松点过程的方法对蜂窝小区进行建模。在该模型下利用随机几何工具,分析了下行链路和上行链路中使用多小区协作技术情况下的覆盖概率,得到了覆盖概率准确数学表达式和该技术所能提供的增益。通过分析发现,使用多小区协作技术能明显提升小区的覆盖能力。并且随着协作越充分,该技术带来的增益越大。

多小区协作无人机通信感知一体化系统的资源分配

在通信感知一体化系统中,由于通信与感知两者的目的并不完全一致,这使得通信和感知之间的性能折中问题尤为关键。本文研究多小区协作联网无人机网络的通信感知一体化问题,其中基站作为通信感知收发器与无人机用户通信,同时估计感知目标的位置。基于此,联合优化多个基站协作发射功率控制以及无人机用户的轨迹来平衡感知和通信性能,在满足无人机用户的信干噪比需求和感知目标定位的克拉美罗下界需求基础上,最小化基站的能量消耗。该问题是一个非凸优化问题,通常难以直接进行求解。为解决该问题,本文提出基于交替优化的联合基站功率控制与无人机轨迹优化方案,分别利用半正定松弛技术和连续凸近似技术对基站功率控制和无人机轨迹进行优化设计。最后,实验仿真结果验证了所提联合优化方案的性能。

基于加权信号泄漏比的多小区协作波束成型算法

为了减小多天线蜂窝通信系统中存在的小区间干扰,提出了基于加权信号泄漏比的多小区协作波束成型算法。该算法利用有用信号的均值对不同用户接收到的泄漏信号功率进行加权,之后各个小区独立设计并使用能够最大化加权信号泄漏比的波束。利用上下行信道的对偶性,得到了最优波束的闭式解。仿真结果表明:在不同的系统调度策略下,提出的基于加权信号泄漏比的多小区协作波束成型算法都可以在不影响用户公平性的基础上提高系统平均吞吐率,同时保持较低的实现复杂度。

基于联盟博弈的多小区下行链路保密协作算法

考虑一个存在多窃听者的多小区下行链路蜂窝网络,协作小区通过在选定的子载波上执行协作波束赋形,利用小区间干扰抑制窃听者,实现安全传输。在窃听者位置未知的情况下,推导了下行链路保密连接概率的闭式表达式。在此基础上,将下行链路建模为博弈参与者,该文提出一种基于联盟博弈的多小区下行链路保密协作算法,以保密连接概率为效用函数,通过设计联盟加入和退出规则,实现了下行链路对子载波的高效选择和保密协作联盟的自组织生成。理论和仿真分析表明所提算法能够形成稳定的联盟结构,并且所提算法的保密性能优于传统的联盟协作算法。

多小区系统中基于信漏噪比最大化的分布式协作预编码

为了能够减少多小区基站协作时的回传开销和预编码复杂度,研究了基于信漏噪比(SLNR)最大化准则的协作多小区传输分布式预编码算法。多个小区协作传输数据,仅仅需要局部的信道状态信息和用户的数据信息,减少了无线回传开销,得到基站协作带来的性能提高。仿真表明,与协作多小区传输的迫零(ZF)算法和协作单小区传输的SLNR算法相比,协作多小区传输SLNR预编码在开销和性能之间取得了良好的折衷。

协作多小区正交频分复用系统联合信道估计扩展算法

多小区联合信道估计(MC-JCE)是多小区协作联合处理技术实用化的基础,然而现有MC-JCE算法需满足各小区信道功率延迟谱(PDP)相同且已知的条件。针对这一不足基于协作多小区正交频分复(OFDM)系统框架首先探讨在多小区信道PDP存在差异但已知条件下多小区联合信道估计的扩展算法(MC-eJCE),进而提出未知该信息条件下多小区联合信道估计的修正算法(MC-mJCE),同时为降低算法运算复杂度并获得信道估计最小的均方误差(MSE)。采用梳状导频最优导频设计,推导了以上MC-JCE算法的克拉美罗界(CRB)。仿真显示在多小区信道PDP存在差异条件下所提MC-eJCE和MC-mJCE算法都具有良好MSE性能,而基于以上算法信道估计的空频块码(SFBC)协作联合传输也具有良好误码率(BER)性能。

一种多基站间协作的分布式动态小区分簇算法

在蜂窝网络中,多基站间协作传输能够显著提升用户的频谱效率,但巨大的反馈开销使得该方式难以实现.文章提出了一种分布式动态小区成簇算法,该算法消除了对中央处理单元收集完整信道状态信息的依赖。并且在计算优先权函数时将矩阵乘法运算简化为标量求和运算,省略了基于信号功率与噪声干扰比值求信道容量的计算步骤,降低了运算复杂度.实验结果表明,该算法的各小区速率性能之和,明显优于静态分簇算法并且十分接近集中式贪婪分簇算法,具有较低的复杂度和信道估计开销.协作簇大小为3时,算法能够在速率性能与算法复杂度间取得最佳的效果.

5G系统中基于小区分群的干扰管理

为了降低5G系统中超密度小区网络的小区间干扰（ICI）,提出了-种基于小区分群的干扰管理方案,其核心思想是将宏小区覆盖下的小小区分群,对群内干扰和群间干扰分别采用基于多小区协作和频域或时域的干扰避免.针对小区分群的关键即干扰权值的计算,提出了一种基于用户的信干噪比（SINR）和干扰泄露（SOIR）计算连续干扰权值的方案,该权值不仅反映用户间的干扰关系,而且自适应地调整干扰用户之间对资源的争夺策略;同时,把距离调和平均数作为小区分群的附加准则.仿真结果表明,与传统的小区分群方案相比,新方案的吞吐量增加20%-30%,小区性能和系统整体性能都有提升.

基于5G超密集组网环境下干扰管理技术的研究

5G超密集组网(UDN)属于5G移动通信系统的关键技术,即通过空间密集部署微小区组网方式提高网络频谱效率。为了避免网络运行干扰,需要采取一定干扰管理技术。首先阐述了5G UDN特性和组网干扰管理需求,其次分析了5G UDN干扰管理技术,为基于5G UDN环境下干扰管理技术的应用提供参考思路。

基于5G超密集组网的干扰管理技术研究

5G超高密局域网(UDN)作为中国5G移动通信网络的核心技术,采用了空间最高密度的微小区组建技术,显著提升了网络频谱质量。为了降低超高密组网的影响,必须采用有效的干扰处理方法。文中首先概述了5GUDN的特点和组网干扰处理问题,随后详细介绍了5GUDN的干扰处理方法,并为在5GUDN条件下的干扰处理提供了指导思路。文中提出并阐述了一系列干扰处理方法,为实现5GUDN的顺利部署和运行提供了可行和可靠的解决方案,以供参考。

有限反馈CoMP系统中多小区差分CQI协作调度

针对有限反馈的协作多点系统,提出了一种考虑小区间干扰、提高小区边缘用户吞吐量的多小区协作调度算法.利用信道质量指示值(CQI)的差值(差分CQI)表征协作区域内相邻小区的用户采用不同预编码向量时对本小区用户的干扰情况.基站根据由用户反馈、小区间交互得到的差分CQI生成干扰加权因子,结合小区内比例公平调度算法计算的优先级因子,完成协作区域内不同小区间的用户配对和调度.新算法兼顾了系统的公平性和频谱效率,通过协调不同小区用户间的干扰,提高了边缘用户的数据速率,并利用差分CQI的反馈与交互,减小了协作小区间控制信息交互量.

TD-LTE网络上行CoMP方案研究与外场试验

TD-LTE采用同频组网，使得小区间干扰成为限制网络容量提升的主要瓶颈之一。TD-LTE规模试验的测试数据表明，终端有超过70％的概率会同时检测到多个小区的信号。多小区协作（CoMP）技术通过相邻多个小区对信号进行联合处理，可有效降低小区间干扰。介绍了几种上行CoMP的实现方案及仿真性能，并重点介绍在TD-LTE试验网络中开展上行CoMP外场试验的情况。测试结果表明，通过上行CoMP可将小区边缘用户上行吞吐率提升50％-100％，显著改善了用户体验。