多基站协作通信系统中功率控制与功率分配方案研究

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多基站协作通信系统通过相邻多个小区的基站同时对其覆盖范围内的移动用户进行数据传输,将传统意义上的干扰信号转化为有用信号,从而有效抑制小区间干扰对边缘用户的影响,以获得更高的频谱效率和更大的系统容量。然而,多基站协作通信需要大量协作信令的交互以及数据资源的共享,给系统的处理能力带来了巨大挑战。特别是对于无线资源管理技术,由于各用户可以同时与多个基站联合通信,其自由度远大于传统蜂窝网络,造成多基站协作通信系统的资源分配问题相对复杂。本文针对多基站协作通信的功率控制与功率分配方案开展研究,主要工作概括如下:  第一,分析了蜂窝移动网络中小区间干扰形成的主要原因,并对传统的小区间干扰抑制技术进行了简单介绍。重点描述了多基站协作通信的基本原理和系统模型,并对多基站协作通信系统的特点以及需要解决的问题等几个方面进行了详细论述。  第二,针对传统蜂窝移动通信系统中的小区间干扰问题,给出基于部分频率复用的多基站协作通信功率控制方案。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(Frequency Reuse Factor,FRF)为1的本地基站通信,边缘用户采用FRF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(Traditional Multi-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)可以有效的克服小区间干扰,提高系统容量。  第三,多基站协作通信系统的自由度远大于传统蜂窝移动网络,其功率分配是一个非凸优化问题。将多基站协作通信的功率分配问题转换为信干噪比(Signal to Interference plus Noise Ratio,SINR)均衡问题。通过设置路径损耗门限为各用户判决与其通信的协作基站,并考虑用户间接收SINR的公平性,给出基于遗传算法的多基站协作通信功率分配方案。数值分析表明,相对于传统蜂窝小区等功率分配以及多基站协作通信等功率分配,所提功率分配方案在改善各用户SINR的同时,兼顾了用户通信的公平性。  最后,将多基站协作通信系统的功率分配问题转换为最大化系统容量问题。通过设置路径损耗门限为各用户判决与其通信的协作基站,并以最大化系统容量为目标,分别给出基于遗传算法和基于粒子群优化算法的多基站协作通信功率分配方案。数值分析表明,相对于多基站协作通信等功率分配,所提出的两种功率分配方案均可以有效提高系统容量。另外,基于粒子群优化算法的功率分配方案在算法性能上优于基于遗传算法的功率分配方案。
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