异构网络中联合空时域的干扰协调方法研究
发布时间：2020-10-17 06:35
随着智能终端的普及和各种新的无线应用出现,移动通信数据需求正呈现指数级增长。面对日益增长的无线数据需求,提升系统容量仍然是5G系统最主要的目标。异构网络技术通过在传统的宏基站网络中部署大量低功率节点拉近与用户端的距离,实现热点覆盖,缓解爆发式增长的移动数据需求。但是异构网络也面临着许多挑战,为了提高频谱效率,异构网络通常采用同频部署,小区间的干扰严重制约着系统性能,同时由于解决负载均衡而采取的措施,又进一步加剧了对分流用户的干扰,因此需要采取有效的干扰协调方法。本文针对边缘用户受到宏基站的强烈干扰这一问题,对异构网络中的干扰协调问题进行了研究,提出了联合空时域的干扰协调方法来提升系统性能。异构网络的同频部署会导致微基站边缘用户受到宏基站的强烈干扰,这成为进一步提升系统吞吐量的瓶颈。目前,在异构网络中广泛采取简单易实现的空白子帧(Almost Blank Subframes,ABS)技术,虽然可以有效提高边缘用户的服务质量,但是ABS方案会浪费宏基站的时隙资源。在多天线异构网络中可以采取更加高效的干扰协调方案。为此本文提出了一种联合时域和协作波束成型的干扰协调方案,将系统的时隙资源分为普通子帧(Normal Subframes,NS)和干扰置零子帧(Interference Nulling Subframes,INS),在NS上基站调度自己的中心用户,在INS上微基站调度边缘用户,宏基站设计迫零预编码矢量利用一部分自由度来消除对微基站边缘用户的干扰剩余自由度来服务自己用户。以比例公平为效用函数,本文建立了联合优化INS比例和用户归属的优化问题。由于所形成的问题是一个NP-hard问题,难以直接获取其最优解,因此本文提出一种高效交替优化算法分别求解INS比例和用户归属。仿真结果表明所提算法可以有效提高系统的平均速率和系统效用。在协作波束成型的干扰协调方案中,用户仅从单一基站接收信号,为了提高边缘用户的接收信号质量,本文进一步提出了联合时域和部分联合传输的干扰协调方法。相比于协作波束成型,联合传输方案中多个基站同时向用户发送数据信息。联合传输需要共享基站用户的信道状态信息和用户的数据信息,这对基站的回程链路和计算能力有更高的要求。考虑到微基站的计算能力,本文所提的联合时域和部分联合传输的干扰协调方案中只考虑宏基站与微基站之间的协作,不考虑微基站之间的联合传输。将基站的时隙资源分为NS和联合传输子帧(Joint Transmission Subframes,JTS),其中在NS上基站调度自己的中心用户,JTS上宏基站和微基站同时向边缘用户发送数据。因此,形成了联合优化子帧比例和联合传输预编码矢量来最大化加权速率和的问题。所形成的问题关于两个变量不是联合凸的,难以直接获取最优解,因此,本文将原问题分解为两个子问题,然后使用交替优化的思想分别求解。仿真结果表明,相比于已有算法,所提算法能够明显提升边缘用户和系统的吞吐量。
【学位单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN929.5
【部分图文】：
?异构网络及千扰协调方法???性得到了学术界和工业界的广泛研究［３８］－［４２］。??如图所示的ＡＢＳ干扰协调方案中，在一个周期内的ＡＢＳ上，宏基站只发送??控制信道信息（如公共参考信号，同步信号等）而不发送数据信号，同时ＬＰＮ调??度自己受到宏基站强烈干扰的边缘用户。由于在ＡＢＳ上宏基站不发送数据信息，??因此，微基站边缘用户所受的干扰大幅减小，用户体验大幅提升。虽然ＡＢＳ干??扰协调方案可以提升边缘用户的服务质量，但是会浪费宏基站的时隙资源，同时??会影响宏基站用户的性能。因此，设置合适的ＡＢＳ比例至关重要。??７，?ＡＢＳ??
，（Ｚｅｒｏ－ｆｏｒｃｉｎｇ?Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ，ＺＦＢＦ）来消除对分流用户的干扰，剩余的自由度??来服务宏基站用户。同时考虑到用户不可能频繁的切换，本章推导出用户的各??历经速率。基于此，以比例公平为效用函数，提出了联合优化用户归属和ＩＮＳ??例的最大化效用的问题。所提问题是一个包含０，１变量的组合优化问题，直??采取穷举法求解的复杂度过高，将原问题分解为ＩＮＳ比例和用户归属两个子??题，然后提出了一个高效的迭代算法。仿真结果显示，相比其它算法所提算法??系统平均速率，边缘用户速率和系统效用上有明显的提高。??．２系统模型??考虑一个由宏基站和微基站构成的同频部署的双层异构蜂窝网络，如下图所??，其中宏基站和微基站分别配置＾和＾＾根天线，用户配置单天线。系统模??如图所示，每个宏基站分别部署＃个基站和火个用户。定义基站集合为??＝?｛０，１，．．其中宏基站的编号为０，微基站的编号为１？用户集合为???＝?｛１，２，…斗??宏基站
Ｒａｔｅ?ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ??图３．２?ＩＮＳ方案中用户速率累积分布函数??为更进一步比较不同策略下的系统性能，图３．３比较了不同策略下的性能增??益（包括系统平均速率，边缘用户速率１以及效用函数），从图中可以看出相比??ＲＳＲＰ，ＲＥ策略下用户具有更好的公平性（主要通过边缘用户速率体现），因为??在此接入策略中，宏基站的用户会被迫分流到微基站，网络的负载更加均衡微基??站资源能够得到充分利用。但是ＲＥ策略下，并没有对分流用户的干扰进行处理，??这严重制约着系统性能。ＲＥｗｉｔｈＡＢＳ相比ＲＥ消除了分流用户的干扰，大大提??高了系统的链路性能，因此在边缘用户速率和系统效用下表现更优。本章所提的??联合用户归属和干扰协调方案在系统吞吐量，边缘用户速率和系统效用相比其它??三种方案都有十分明显的优势。特别是边缘用户速率增益很大
【参考文献】
本文编号：2844427
【学位单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN929.5
【部分图文】：
?异构网络及千扰协调方法???性得到了学术界和工业界的广泛研究［３８］－［４２］。??如图所示的ＡＢＳ干扰协调方案中，在一个周期内的ＡＢＳ上，宏基站只发送??控制信道信息（如公共参考信号，同步信号等）而不发送数据信号，同时ＬＰＮ调??度自己受到宏基站强烈干扰的边缘用户。由于在ＡＢＳ上宏基站不发送数据信息，??因此，微基站边缘用户所受的干扰大幅减小，用户体验大幅提升。虽然ＡＢＳ干??扰协调方案可以提升边缘用户的服务质量，但是会浪费宏基站的时隙资源，同时??会影响宏基站用户的性能。因此，设置合适的ＡＢＳ比例至关重要。??７，?ＡＢＳ??
，（Ｚｅｒｏ－ｆｏｒｃｉｎｇ?Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ，ＺＦＢＦ）来消除对分流用户的干扰，剩余的自由度??来服务宏基站用户。同时考虑到用户不可能频繁的切换，本章推导出用户的各??历经速率。基于此，以比例公平为效用函数，提出了联合优化用户归属和ＩＮＳ??例的最大化效用的问题。所提问题是一个包含０，１变量的组合优化问题，直??采取穷举法求解的复杂度过高，将原问题分解为ＩＮＳ比例和用户归属两个子??题，然后提出了一个高效的迭代算法。仿真结果显示，相比其它算法所提算法??系统平均速率，边缘用户速率和系统效用上有明显的提高。??．２系统模型??考虑一个由宏基站和微基站构成的同频部署的双层异构蜂窝网络，如下图所??，其中宏基站和微基站分别配置＾和＾＾根天线，用户配置单天线。系统模??如图所示，每个宏基站分别部署＃个基站和火个用户。定义基站集合为??＝?｛０，１，．．其中宏基站的编号为０，微基站的编号为１？用户集合为???＝?｛１，２，…斗??宏基站
Ｒａｔｅ?ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ??图３．２?ＩＮＳ方案中用户速率累积分布函数??为更进一步比较不同策略下的系统性能，图３．３比较了不同策略下的性能增??益（包括系统平均速率，边缘用户速率１以及效用函数），从图中可以看出相比??ＲＳＲＰ，ＲＥ策略下用户具有更好的公平性（主要通过边缘用户速率体现），因为??在此接入策略中，宏基站的用户会被迫分流到微基站，网络的负载更加均衡微基??站资源能够得到充分利用。但是ＲＥ策略下，并没有对分流用户的干扰进行处理，??这严重制约着系统性能。ＲＥｗｉｔｈＡＢＳ相比ＲＥ消除了分流用户的干扰，大大提??高了系统的链路性能，因此在边缘用户速率和系统效用下表现更优。本章所提的??联合用户归属和干扰协调方案在系统吞吐量，边缘用户速率和系统效用相比其它??三种方案都有十分明显的优势。特别是边缘用户速率增益很大
【参考文献】
相关博士学位论文 前1条
1 彭金磷;基于能效的异构蜂窝网络部署和资源管理优化[D];中国科学技术大学;2015年
本文编号：2844427
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