同频无线回传小基站系统中的协作传输优化

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清华大学学报 (自然科学版 ) 2 0 1 4年第 5 4卷第 1 2期 J Ts i n g h u a Un i v( S c i 8 L Te c h n o 1 ),2 0 1 4,Vo 1 . 5 4, No . 1 2

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同频无线回传小基站系统中的协作传输优化徐霄飞， 肖立民， 赵明， 粟欣， 许希斌， 王京(清华大学电子工程系，微波与数字通信国家重点实验室，北京 1 0 0 0 8 4 )

摘要：全双工的同频无线回传小基站可应用于阴影衰落

无线通信需要面对恶劣复杂的传播环境。在蜂

严重区域的覆盖。在密集部署场景下，自干扰和小区间干扰严重影响系统传输性能。该文提出了一种基于集中式处理的同频无线回传小基站系统方案，采用空域和时域处理联合

窝移动通信系统中，阴影衰落中的用户一般难以获得满意的服务质量，这一问题在复杂的城市环境中尤为普遍。为保证可靠覆盖，传统宏基站系统中需

实现自干扰抑制和协作传输，并设计了一种基于连续凸近似

和半正定松弛的迭代算法，对前向链路和回传链路上的波束成形/预编码及功率分配进行优化，从而降低系统发送功率。针对天线收发可切换的系统提出了一种复合算法，能够对收发天线进行高效选择。仿真结果表明：该方案能够有效抑制 自干扰和小区间干扰，减小系统发送功率。关键词：移动通信；小基站系统；同频无线回传；协作传

要提供足够的衰落储备，使得传输功率急剧上升。近年来提出的小基站系统口 J贝 0可以直接部署于宏基

站难以覆盖的区域，利用其与用户之间低损耗的传输路径为用户提供服务，从而减小系统发送功率。 根据回传技术的不同，小基站系统可分为有线回传和无线回传 2大类，后者又可进一步分为异频

输；自干扰中图分类号： TN 9 2 9 . 5文章编号：1 0 0 0— 0 0 5 4 ( 2 0 1 4 ) 1 2 - 1 6 0 4 - 0 5

回传和同频回传 2种。其中，同频回传技术因其不文献标志码： A

需额外的基础设施 (如光纤和电缆等 )投入和频谱许可，具有低成本的优势。传统的同频无线回传小基站工作于半双工模式，使得频谱效率存在 5 0 的损

失。近年来，随着全双工技术研究的不断深入r 2], 时域和空域自干扰消除被用于抑制系统同时同频收发导致的白干扰，使得在回传链路和前向链路同时传输的全双工小基站系统成为可能。 另一方面，城市环境中小基站系统的密集部署会导致覆盖重叠问题，由此带来的相互干扰严重制约小基站系统的性能。文[ 3—4]在有线回传小基站

系统下对其进行了研究，指出协作波束成形能够明显缓解这一问题。但在同频无线回传的小基站系统中，自干扰的存在为协作传输的设计带来了额外限收稿日期： 2 O 1 4— 1 O一 2 3 基金项目：国家“九七三”重点基础研究项目 ( 2 0 1 2 C B 3 1 6 0 0 0 ) 国家“八六三”高技术项目 ( 2 0 1 4 AA0 1 A7 o 3 ); 国家自然科学基金重点项目 ( 6 1 2 0 I 1 9 2 ); 国家科技重大专项项目 ( 2 0 1 5 Z X 0 3 0 0 1 0 2 3 0 0 2 ); 教育部科学研究重大项目 ( 3 1 3 0 0 5 );清华自主科研项目 ( 2 0 1 1 THZ 0 2— 2 );

东南大学移动通信国家重点实验室开放研究基金( 2 0 1 2 D0 2)

作者简介：徐霄飞 ( i 9 8 8一),男(汉),山东，博士研究生。 通信作者：王京，教授， E— ma i l:wa n g j@t s i n g h u a . e d u . c n

徐霄飞，等： 同频无线回传小基站系统中的协作传输优化

制。考虑到空域波束成形在协作传输和自干扰抑制中均可应用，显然联合设计的传输方案将优于协作传输和自干扰抑制分离设计的方案。已有的相关文

献对此问题研究不足。文[ 5]对系统端到端速率的优化基于理想的时域自干扰消除，但在实际系统中，

有限的 AD C精度和信道估计误差使得理想时域白干扰消除无法实现；文 E 6 3对时域白干扰消除中的

燃路篓害用户

非理想情况进行了分析，但提出的梯度下降算法中的

步长选择依赖于场景和经验，实际应用中稳定性难以保证。 为解决这一问题，本文提出了一种同频无线回 传小基站系统方案。受到 c— RANI 7 集中式处理的

图 1系统模型

计准确获取各条链路上的信道增益。当数据传输时间远大于信道估计时间时，该部分开销可以忽略。

回传链路、前向链路和自干扰链路上的信道增益分别用 H。 、h 和 H表示。N个小基站在回传链路上进行协作接收，N个小基站在前向链路上进行协作发送，且有 N+N一Ns。为充分利用空间资源，回传链路上采用多流传输，网关处所需的预编码矩阵和发射功率由小基站反馈获得。小基站对在

启发，该方案利用多天线波束成形和非理想的时域白干扰消除技术，同时实现白干扰抑制和协作传输。利用连续凸近似 j ( s u c c e s s i v e c o n v e x a p p r o x i ma—t i o n )和半正定松弛_ g] ( s e mi— d e f i n i t e r e l a x a t i o n )方

法，本文给出了一种高效的迭代算法，对系统发送总

功率进行优化，并给出回传和前向链路上的预编码/波束成形矢量和功率分配方案。此外，对于天线收发灵活可切换的系统，收发天线的选择对系统性能

回传链路上接收的数据进行译码转发。尽管非线性预编码/波束成形可以获得最优的下行传输速率，本文方案仍使用线性预编码/波束成形以避免过高的计算复杂度。 另外，在分析中将不考 …… 此处隐藏：8527字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……