干扰受限蜂窝网下行分布式协作波束赋形技术的研究

In the future wireless cellular system, how to solve the interference in the cell boundary has become a key challenge. In recent years, downlink multiple base station coordination has obtain great attention to improve the spectrum efficiency and reduce the inter-cell interference. In this project, at first, from the information-theoretic perspective, the out boundary of the sum rate of downlink multi-cell cooperative transmission is studied, which provides the theoretical foundation of practical distributed cooperative beamforming design. Second, utilizing the characteristics of signal space diversity, the distributed coordination scheduling transmission framework is investigated to exploit the macro-diversity from inter-cell link. Third, considerting the case that only statistic channel state information is avalable at the transmitter, we study how to design the cooperative beamforming vectors correspondingly, and then perform the PEP analysis under the proposed transmmsion framework. In the end, focusing on the channel uncertainty, we try to design robust transmisson scheme even in the worst case, in other words, the precoding vectors in the proposed downlink scheduling scheme are optimized to combat the channel estimation error.

在未来无线蜂窝系统中，如何解决小区边缘用户的干扰问题已经成为一个关键的挑战。近年来，被广泛研究的下行多基站协调波束赋形技术可以提高频谱效率，减少小区间干扰。在本项目中，首先从信息论的角度，对下行多基站协作波束赋形技术的信道容量外界进行研究，为设计贴近实际应用的分布式下行多基站协作波束赋形向量提供理论基础。然后，利用信号空间分集的特性研究多基站分布式协作调度传输框架，开采利用源自小区间链路的宏分集。接着，对基于统计信道状态信息的下行多基站协作波束赋形技术的信道容量外界进行研究，并在所提传输框架发射端只有统计信道状态信息的情况下进行性能分析和优化。最后，针对信道状态信息的不确定性，研究如何在最差情况下传输性能仍然比较好的"鲁棒性"层面对下行多基站协作波束赋形向量进行优化。

在未来无线蜂窝系统中，如何解决小区边缘用户的干扰问题已经成为一个关键的挑战。本项目基于申请时所确定的研究思路和技术路线，围绕干扰受限蜂窝网下行分布式协作波束赋形技术展开研究,主要研究成果如下：.1. 提出一种新颖的低回程开销高分集增益的下行协作双小区联合传输框架。在这种传输框架下，发射端共享了两个小区边缘用户的传输数据，并且在发射端基站拥有局部信道状态信息。更为重要的是，我们将线性星座扩展也融入到了协作双小区下行传输框架里，这样一来可以以较低复杂度将小区边缘用户的性能大幅度的提高。.2. 为了进一步降低协作双小区联合传输回程链路开销，提出了一种基于局部的信道相关性的协作双小区迫零波束赋形传输方案。在没有瞬时信道状态信息辅助的情况下，我们首先数学推导了小区边缘用户的平均成对错误概率的上界。然后，根据数学推导得到的平均成对错误概率的上界，我们建立了一个多目标优化问题，最终通过求解该优化问题获得对不同用户的最优功率分配策略，以及仅仅依靠在发射端的局部统计信道状态信息对用户间干扰迫零的波束赋形矩阵的设计。.3. 针对无数据共享的协作波束赋形方案，在MISO广播信道下考虑反馈延时大于信道相关时间的情况，以两用户传输为例，在M. A. Maddah-Ali等人提出的MAT传输方案的基础上，利用过时信道状态信息和信道统计信息，以最大化系统总平均互信息为优化准则，在全部三个时隙引入线性预编码进行联合优化设计，并将原始优化问题分解为用户间及时隙间独立的子优化问题进行求解.4. 针对无数据共享的协作波束赋形方案，考虑下行MISO干扰信道，在控制每个用户信漏噪比（SLNR）低于门限值的概率小于中断概率的约束条件下，以最小化系统总加权发射功率为优化目标设计线性预编码。利用半定松弛（SDR）和Bernstein-type不等式，将非凸的具有随机性的原始优化问题近似为确定性凸优化问题。.基于上述研究，撰写学术文章10篇（3篇已发表），申请国家发明专利3项。.