多基站协作通信系统中的预编码与功率分配算法研究

The unprecedented expansion of base's energy consumption has resulted in a tremendous increase in mobile communication's energy consumption. Recently, it has been reported that energy consumption of base station can account for about 70 percent of mobile service provider's annual operating expenses. To implement energy-efficient mobile communication, we urgently need to research and implement base station energy-efficient method. Recently, multiple base-station cooperative communication is known as a critical radio technology for implementing energy- efficient mobile communication. Precoding and power allocation are two effective approaches to combat channel fading, suppress the interference and enhance the utilization efficiency of wireless resource and the system performance. The project study on precoding and power allocation algorithm for multi-base station cooperative communication system, design to meet users' quality-of-service (QoS), and minimize the base-station power consumption. The research contents mainly includes: multiple base-station cooperative precoding, joint cooperative base-station selection and power allocation algorithm based on game theory, multi-base station cooperative power allocation algorithm based on limited feedback precoding technique and multi-base station cooperative allocation algorithm with cooperative network coding. Finally, we load the proposed power allocation algorithm to complete theoretical analysis and experimental testing. These results will provide theoretical support and technical basis for developing base station equiment of energy-efficient mobile communication.

在移动通信的能耗构成中，能耗最高的部分是基站的能耗，占总能耗的70%～75%。为实现高能效的移动通信，亟待研究与实现基站高能效方法。多基站协作通信是一种实现基站高能效移动通信的技术。预编码和功率分配是多基站协作通信系统中两种抵抗信道衰落、抑制干扰、提高无线资源使用效率及系统性能的有效手段。本项目研究多基站协作通信系统中的预编码和功率分配算法，旨在满足用户QoS的前提下，有效降低基站能耗。主要研究内容包括：多基站协作预编码研究、基于博弈论的联合协作基站选择与功率分配算法研究、基于有限反馈的多基站协作预编码与功率分配算法研究以及基于多基站协作网络编码的功率分配算法研究。最后，加载本项目提出的预编码和功率分配算法完成理论推导和实验测试。本项目的开展和预期成果对促进我国在高能效通信技术基站设备的研制具有十分重要的理论意义和实用价值。

1. 研究基于线性权重粒子群优化算法的多基站协作波束成型问题，将最大化系统总速率问题转化为适应度函数的优化问题进行求解。相对于惯性权重为0.5的基本粒子群算法，所提算法使系统总速率提升明显，同时收敛性较好。2. 研究多基站协作通信系统容量最大化的功率分配算法,以最大化系统容量为目标，提出基于遗传算法功率分配方案。 3. 研究基于博弈论的多基站协作波束成型算法，证明其纳什均衡的存在性和唯一性。4. 研究多源-多中继协作通信系统中Qos功率受限的控制博弈算法，提出算法不仅能够选择最佳的源-中继对和得到最优的传输功率，同时还能满足通信服务质量Qos的要求。5. 研究多源-多中继协作通信系统， 提出基于HDAF模式下中断概率受限的功率分配算法。6. 研究OFDMA系统动态资源分配快速算法，提出计算量小、能依据信道状态信息进行动态资源分配、并能满足多个用户服务质量要求的子载波和功率分配算法。7. 研究多用户共享的OFDMA系统中能效和频效的均衡性，提出联合功率及子载波的资源分配方案，以确保用户得到更好的频谱效率和服务质量（Qos）。8.研究基于AF-CDC-OFDM的差分网络编码，在多子载波、频率选择性衰落、双向中继转发信道中提出多中继协作的差分网络编码。通过多个协作中继的分布式循环延时编码及功率放大处理，两路终端发送的差分编码分组可获得完全的协作分集和频率分集增益。9. 研究复数域符号相乘的差分网络编码，在解码转发方式下的复数域，提出并构建了差分网络编码及中继检测方法，能显著降低中继的检测和编解码复杂度。得到随机差分空时网络编码，其可获得的协作分集增益阶为可正确解码的中继数。10. 设计了基于Overlay模式的频谱共享系统平台，该平台包括：频谱感知模块、频谱管理模块、2.4G通信模块、射频无线通信模块。能够实现了认知用户对频谱的感知，当接入空闲频谱，收发信机的握手及主用户返回后，认知用户能切换到新的空闲频谱。