分布式天线系统中干扰对齐应用的分析

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1、万方数据西南交通大学硕士研究生学位论文第1页1．1课题研究背景及意义第1章绪论上世纪80年代至今，现代移动无线蜂窝通信系统技术有了巨大的发展。得益于移动无线通信领域的发展，人们的生活变得越来越方便。在当前信息时代，人们有更加频繁的信息交流需求，因此促使人们追求更快的移动无线通信速度和更优的通信质量。随着移动无线通信技术的进步，人们将面临更加复杂的无线通信环境，而蜂窝系统用户的不断增加，频谱的利用显得尤为重要。频分复用的思想使得相同的频段被周围小区反复使用，因此干扰成为了影响移动无线通信系统性能的一个非常重要的因素。研究学

2、者之前提出了很多种干扰管理方式，来试图解决无线通信系统中干扰这个重要问题。其中，干扰对齐(IA)是一种新兴的合作式干扰管理策略，通过设计发送端预编码矩阵和接收端迫零矩阵，将干扰打包投影到一个维度相对较少的的子空间内，保证剩余维度充足的子空间，可以用来传输数据，然后在接收端通过设计好的干扰抑制矩阵处理数据，使可以同时在干扰网络中传输的非干扰符号数量最大化，因此获得单天线或者多天线信道中的最大自由度【11，使系统在高信噪比(hi曲．SNR)条件下有最大的系统容量。为了改善蜂窝小区边缘用户的SNR体验，考虑全新的网络结构是非常

3、有效的，分布式天线技术就是其中一种。分布式天线系统中，对传统蜂窝小区系统基站的天线布置进行补充或者是完全替换，主要特点是在小区中一定距离辅以一定数量的远程无线电单元删s)贯穿整个小区，每个远程无线电单元之间通过有线高带宽低延迟链路连接，因此，多远程无线电单元系统可以看作单独的多天线发送端。干扰对齐作为一种协作传输策略在高信噪比(High-SNR)环境下有效的提升了频谱效率，然而在低信噪比(Low．SNR)场景下表现不尽如人意【2l【31，对小区边缘用户的体验没有明显提升效果，因此限制了干扰对齐在蜂窝系统中的应用。现代小区

4、结构如分布式天线系统(DAS)能有效的提升小区边缘用户的信噪比(SNR)，为边缘用户能有效的获得干扰对齐技术带来的增益提供了环境。因此如何将干扰对齐与分布式天线系统相结合来获得理想的系统增益具有十分重要的研究意义和实用价值。1．2国内外研究发展现状干扰对齐技术最早出现在2006年Maddah．Ali等人对X信道的研究中【41，提出了2用户MIMOX信道中若每个节点有M根天线，系统可获得的自由度为4M／3。随后，Jafar万方数据西南交通大学硕士研究生学位论文第2页和Shamai建立了干扰对齐的普通原理，对干扰对齐概念进行

5、了归纳pJ。接着Cadambe和Jaf缸在研究中取得了令人欣喜的成就，对于N用户干扰对齐系统，每个用户平均能获得的自由度为1／2，进而使得运用干扰对齐技术的系统总自由度可以达到N／2，将干扰对齐原理推广到任意的大数量干扰削。虽然干扰对齐技术在高信噪比环境中能够获得最大自由度和系统容量，但是在更加实际应用相关的低信噪比环境中，干扰对齐的平均和速率(Average-Sum—Rate)表现是不理想的[71，【81。而干扰对齐技术对小区边缘用户和速率体验的改善作用很小也限制了其在蜂窝系统中的应用【91。为了克服这个缺点，先前的工

6、作着重于改进预编码策略，而文献【10]d?提出的算法告诉我们非完美对齐和目标功能优化对和速率的改善作用更大。再者，考虑更加适合高信噪比环境的系统网络结构可以更好地提升干扰对齐的效果。具有分布式天线的蜂窝系统就是其中的一种。分布式天线(DAS)通过补充或完全区别于传统小区基站布局：将基站配置于小区中心，在小区中一定距离辅以一定数量的远程无线电单位(RRUs)覆盖整个小区来改善蜂窝网络的表现【11】。RRUs相互之间通过高带宽低延迟的光缆连接。因此，每个RRUs可以看作一个独立的多天线发射端。由于把天线放置的离小区边缘更近，

7、DAS引入了宏分集【12】，而且提高了小区内严重阴影衰落区域用户的SNR体验。关于DAS，有先前的工作证明RRUs对室内覆盖[13】；减少整个小区的损耗【14】；提升上行【14】和下行容量【15】；用户公平性都有显著的效果【161。文献[17】提出合理的RRUs布局可以获得更大的系统增益和容量。文献【12】-[171主要关注单天线RRUs在简单点对点传输策略如毛毯传输(所有RRUs全功率发送)或者RRU选择(只有一个RRU被选择发送和接受)中的应用，因此没有完全的挖掘出多天线RRUs可以改善通信传输和干扰管理的作用。为了

8、研究多天线RRUs的潜力，文献[181，1191考虑了权衡蜂窝网络中固定天线密度、RRUs的数量和每个RRU的天线数量的问题。当考虑单小区系统时¨引，密集布置的单天线RRUs最大化了宏分集。然而对于与实际情况更加相关的多小区场景，文献【19】表明将每个RRUs和多天线相结合在完全分布方式和完全并列方式的不同配置情况下