宽带移动通信系统中的联合处理技术

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随着移动终端设备数量的增长,用户对于移动通信系统的高效性和稳定性提出了更高的要求。为了满足需求,4G和5G系统都采用了密集的组网方式,混合部署了大量的宏基站和低功率基站,发射端和接收端都配置了多根天线。这种密集型组网在提高系统性能的同时面临着基站协作、无线资源分配、干扰抑制等问题。联合处理技术可以解决此类问题,而波束成形技术作为其中的一种重要技术,可以在空间域内抑制交互干扰,有效提升移动通信系统的传输容量。所以在密集网络场景下,研究波束成形的联合处理技术有着重要意义。本文首先介绍了两类联合处理技术:信泄噪比最大化方案与和速率最大化方案,分析了这两类方案的技术优缺点。然后,针对多基站多用户MIMO场景,本文提出了新的度量值标——泄漏和速率,并基于此设计了两个联合优化方案,波束成形联合优化方案与基站分簇和波束成形联合优化方案。泄漏和速率是指有用信号矩阵与泄漏干扰信号逆矩阵乘积的行列式的对数,使用泄漏和速率作为代价函数,可以有效抑制泄漏干扰,同时在较少损失系统容量的情况下降低计算复杂度。第一个方案波束成形联合优化方案以泄漏和速率为代价函数,受到基站最大发射功率的约束,也就是对波束成形向量的l2范数的约束。此问题经过等价转化后可以采用迭代的算法求解。第二个方案基站分簇和波束成形联合优化方案的代价函数为泄漏和速率,同时引入对波束成形向量的l1范数的惩罚。代价函数受到基站最大发射功率的约束。l,范数的引入使得波束成形向量具有稀疏性。此问题经过等价变形后可以采用LASSO相关算法完成求解。最后通过仿真,比较了不同方案的系统性能和算法复杂度。可以发现,以泄漏和速率作为评价指标时,新方案的性能优于和速率最大化方案,而以和速率作为评价指标时,新方案低于后者。同时,新方案的计算复杂度低于和速率最大化方案。仿真结果证明了两个新方案可以在系统性能和计算复杂度之间达到较好的平衡。
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