学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

蜂窝小区干扰抑制与性能增强技术研究

作　者: 章辉
导　师: 张平
学　校: 北京邮电大学
专　业: 电路与系统
关键词: 正交频分多址小区间干扰频率复用功率控制最优估计独立分量分析资源分配小区选择协作多点传输
分类号: TN929.5
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
下　载: 449次
引　用: 2次
阅　读: 论文下载

内容摘要

正交频分多址(OFDMA)技术将成为未来蜂窝移动通信系统的关键技术之一。由于在小区内部子载波相互正交,小区内干扰将得到有效地降低,而子载波在不同小区的复用将使得小区间干扰问题变得更加严重。在这种背景下,如何抑制小区间干扰和提高小区用户性能就显得日益紧迫。本论文主要研究了蜂窝小区干扰抑制与性能增强技术,其研究工作可分为小区间干扰抑制策略和小区性能增强策略两大部分。其中,小区间干扰抑制策略的研究分别包含干扰协调、干扰预测和干扰消除三方面：1、小区间干扰协调主要涉及频率协调和功率协调。针对频率协调,本文分析了现有频率复用方案的研究现状,分别从图论原理、代数解析原理和可拓原理三方面阐述了小区频率协调的理论基础,并介绍了一种软分数频率复用方案,推导了该方案的频率复用系数。仿真结果表明该方案较之软频率复用方案有效提高了小区边缘用户的传输速率。针对功率协调,本文分析了功率控制算法的研究现状,提出了小区间功率控制的思想以及指数迭代的功率控制核心方程,较之通常的算术迭代核心方程,其迭代收敛速度更快。在此基础上,将基于指数迭代的小区间功率控制算法与通常的DPC、DB算法进行了性能比较,仿真结果表明该算法有效改善了用户的SINR,提高了小区中心用户的吞吐量,同时降低了边缘用户的阻塞率。2、本文提出了主动式的干扰抑制方法——小区间干扰预测的思想,阐述了干扰预测的理论基础——最优估计理论,分别从时间序列和最优滤波估计两角度进行了理论分析,并结合相干时间与预测时间延迟对预测精度的影响分析了干扰预测的有效性。此外,本文还通过采集移动网实测信号,借助时间序列的AR模型、MA模型以及ARIMA模型分析了实测信号的变化趋势,分析结果证实采用时间序列模型可有效预测并跟踪无线信号变化。3、针对小区间干扰消除技术,本文首先叙述了现有小区间干扰技术的两种技术方法,即空间干扰抑制技术和干扰重构／减去技术。同时基于盲源分离中的独立分量(ICA)技术,提出了一种半盲状态下的Max-SINR ICA干扰消除算法。该算法以提高输出信噪比为目标,优化初始迭代分离矩阵。仿真结果表明,Max-SINR ICA算法的收敛速度快于传统的Fast-ICA算法。此外,通过固定处理帧长和固定热噪声强度两种情况下输入SINR和输出SNR的变化情况比较分析,采用Max-SINR ICA算法可在半盲状态下消除小区间干扰,以及在较低输入SINR,较高输入SNR和较长处理帧长的情况下有效提高输出SNR。此外,小区性能增强策略的研究包括多小区资源分配、多小区选择优化以及协作多点传输三方面的内容：1、在现有的多小区资源分配算法中,其普遍特征是当前的资源分配算法通常都依据当前的信道状态信息,然而随着信道状态的变化,基于当前信道状态信息的资源分配方法难以在下一时刻达到设置的优化目标。针对这种问题,本文提出了一种基于预测信息的资源分配方法,以消除基于当前信道状况分配的滞后性。本文以Kalman滤波为例,给出了基于滤波预测的多小区子载波分配方法,基于下一时刻的信道状况最优预测值进行多小区间的子载波分配。该方法通过检测获取不同子载波对用户当前的增益干扰比(GIR),进而采用Kalman滤波估计得到下一时刻的GIR预测值大小,并以该预测值作为子载波分配的依据。与时间序列和维纳滤波预测方法相比,Kalman滤波方法降低了预测算法的复杂度。2、针对多小区选择优化策略,本文分析了多小区选择的理论基础,介绍了层次分析法(AHP)和灰色关联分析(GRA)原理以及在多目标小区选择中的应用,同时针对小区选择中评判准则过于单-缺乏灵活性和公平性的问题,提出了一种基于多目标优化的新型小区选择算法。该算法借助可拓理论,构造了一种小区性能QoE参数评价的映射表,并将实际参数映射到对应的标度区间,然后计算待评小区的实际分析值。在此基础之上,采用模糊层次分析的方法构造出判断矩阵,并检验其一致性。最后根据权重向量大小对计算出的各小区总效益函数值排序,找到最优的小区选择策略。仿真分析表明,小区性能因子的权重影响到总效益函数值的大小。与现有的小区选择算法相比,该算法在增加一定算法复杂度的情况下,实现了小区性能参数评判的全面性,降低了用户的阻塞率,提高了用户的吞吐量。3、针对协作多点传输技术,本文首先分析了协作多点传输架构的四种应用场景,即小区内单用户、小区内多用户、小区间单用户和小区间多用户,同时提出了滑动协作小区簇的构造模型。针对原有的频率复用方案基于干扰规避而不支持小区间协作的状况,本文提出了一种支持协作的频率复用方案,仿真结果表明该频率复用方案通过小区间干扰协调以及协作多点传输,有利于提高小区边缘用户吞吐量。另外,针对协作环境下的功率协调问题,本文还提出了一种基于博弈论的协作小区功率分配算法,建立了该环境下的功率分配博弈模型,并证明了纳什均衡的存在性和唯一性,给出了非合作博弈的功率分配算法。仿真结果表明该算法有效提高了小区中心和边缘的吞吐量,降低了边缘用户的阻塞率。

全文目录

摘要  4-7
ABSTRACT  7-14
第一章绪论  14-25
  1.1 研究背景  14-15
  1.2 小区间干扰抑制策略  15-19
    1.2.1 干扰协调  15-16
    1.2.2 干扰消除  16-17
    1.2.3 干扰消除的技术要求  17-18
    1.2.4 干扰随机化  18-19
  1.3 小区性能增强策略  19-21
  1.4 论文所做的主要工作及创新点  21-24
  1.5 参考文献  24-25
第二章频率复用策略  25-37
  2.1 研究现状  25-26
  2.2 频率复用理论基础  26-31
    2.2.1 图论原理  26-28
    2.2.2 代数解析原理  28-29
    2.2.3 可拓原理  29-31
  2.3 软分数频率复用  31-34
    2.3.1 软分数频率复用方案  32-33
    2.3.2 软分数频率复用系数  33-34
    2.3.3 性能比较  34
  2.4 小结  34-35
  2.5 参考文献  35-37
第三章基于指数迭代的小区间功率控制  37-47
  3.1 研究现状  38-39
  3.2 指数核心迭代方程  39-40
  3.3 小区间功率控制算法  40-41
  3.4 性能比较  41-44
  3.5 小结  44-45
  3.6 参考文献  45-47
第四章基于最优估计理论的干扰预测  47-60
  4.1 最优估计理论  47-51
    4.1.1 时间序列  48
    4.1.2 最优滤波估计  48-51
  4.2 有效性原则  51-53
  4.3 实测信号预测分析  53-58
    4.3.1 信号采集系统  53-54
    4.3.2 时间序列模型  54-55
    4.3.3 不同模型比较  55-56
    4.3.4 预测结果  56-57
    4.3.5 误差分析  57-58
  4.4 小结  58-59
  4.5 参考文献  59-60
第五章基于ICA技术的干扰消除  60-76
  5.1 研究现状  60-61
  5.2 小区间干扰模型  61-63
  5.3 干扰消除算法  63-68
    5.3.1 建立目标函数  64-65
    5.3.2 优化初始矩阵  65-66
    5.3.3 最大信干噪比ICA算法  66-67
    5.3.4 选择有用信号  67-68
  5.4 算法性能分析  68-73
    5.4.1 收敛性比较  68-69
    5.4.2 固定处理帧长  69-71
    5.4.3 固定热噪声强度  71-73
  5.5 小结  73-74
  5.6 参考文献  74-76
第六章多小区资源分配算法  76-86
  6.1 研究现状  76-77
  6.2 基于预测信息的多小区资源分配  77-84
    6.2.1 基于GIR的子载波分配  77-78
    6.2.2 预测下一时刻GIR  78-81
    6.2.3 性能分析  81-84
  6.3 小结  84
  6.4 参考文献  84-86
第七章多小区选择优化策略  86-101
  7.1 研究现状  86-87
  7.2 多目标小区选择理论分析  87-90
    7.2.1 AHP和GRA原理  87-88
    7.2.2 AHP和GRA应用  88-90
  7.3 基于可拓模糊层次分析的小区选择  90-99
    7.3.1 算法模型  90-91
    7.3.2 QoE评价映射表  91
    7.3.3 物元模型  91-93
    7.3.4 模糊层次分析  93-94
    7.3.5 算法性能分析  94-97
    7.3.6 算法性能比较  97-99
  7.4 小结  99-100
  7.5 参考文献  100-101
第八章协作多点传输  101-123
  8.1 协作多点传输架构  101-105
    8.1.1 CoMP应用场景  102-103
    8.1.2 CoMP小区簇构建  103-105
  8.2 支持协作的频率复用方案  105-109
    8.2.1 方案模型  105-106
    8.2.2 边缘频率分配  106-107
    8.2.3 仿真分析  107-109
  8.3 基于博弈论的协作小区功率分配算法  109-120
    8.3.1 系统模型  110-111
    8.3.2 纳什均衡的存在性和唯一性  111-116
    8.3.3 NPAG算法  116-117
    8.3.4 仿真分析  117-120
  8.4 小结  120-121
  8.5 参考文献  121-123
第九章总结与展望  123-127
  9.1 全文总结  123-125
  9.2 未来工作展望  125-127
附录缩写说明  127-129
致谢  129-131
博士在读期间发表的论文、专著、专利及提案  131-133

蜂窝小区干扰抑制与性能增强技术研究

内容摘要

全文目录

相似论文