LTE-A移动通信网络小区间干扰抑制技术的研究

为实现高速率及高频谱利用率，新一代移动通信网的候选标准LTE-A采用了频谱利用率接近于1的传输方式，小区间干扰抑制技术是LTE-A的一个关键技术。目前已有的小区间干扰抑制的研究方法在非理想信道条件下以及低复杂度和可实现性方面还存在诸多问题需要解决。另一方面， LTE-A引入中继技术后在改善覆盖的同时也增加了干扰源的数目，使小区间干扰抑制的问题变得更加复杂。为此，我们将围绕非理想信道条件下小区间干扰建模与多基站协作联合处理算法、基于公平性原则的分布式线性发射机/接收机设计方法、鲁棒的多天线网络编码机制以及跨频段的载波聚合无线资源管理策略几个关键问题开展研究。这些问题并不能通过现有的小区间干扰抑制技术的简单扩展和延伸来解决，而是需要在很好地掌握随机过程、矩阵理论、网络信息论、凸优化理论等工具的基础上，通过深入的分析和研究，提出一些新的理论与方法，本课题研究具有很强的探索性。

本课题根据下一代无线通信系统对高传输速率、高频谱利用率的要求，针对非理想信道条件的特点，在对多小区间干扰的特点进行分析和建模的基础上，通过CSI非理想因素建模、鲁棒的预编码理论、博弈论以及低复杂度的分布式信号处理等新的信号处理技术，探讨可有效降低多小区间干扰的理论与方法，改善小区边缘用户的服务质量，均衡地提高系统的吞吐量。.在CSI非理想因素建模的研究中，针对TDD系统，提出了一种基于TDD蜂窝网络发射端信道状态信息的误差建模方法。建模过程中考虑了以下因素：导频发射周期引起的延迟，导频信道中的噪声以及导频信道中的相邻小区干扰。建模中针对不同的导频同步情况以及信道传播环境，分别给出了CSIT误差表达式。.在最大化多小区下行加权和速率的单调优化方法方面，提出了一种最大化多小区下行加权和速率的单调优化方法，将加权和速率优化问题看作可达容量域上的单调优化问题，采用判断搜索、顺序分割以及顶点重置等步骤设计单调优化算法。该方法能有效减少可行问题求解次数，降低计算复杂度，提高收敛速度。.在TDD系统鲁棒性波束成型算法方面，考虑了TDD系统特征、包括信道估计误差和延时误差的非理想信道模型，提出了一种基于博弈论的鲁棒性波束成型算法，满足了降低系统开销和抑制非理想信道对性能的影响两点需求。算法规定基站之间不进行任何信息交互，各个基站只进行本地的优化，j减少系统开销。同时，为了弥补博弈论算法不能达到Pareto最优的不足，进一步降低系统开销，提出了一种更高性能的闭式波束成型算法。该算法无需迭代过程，进一步降低了系统开销。.在分布式预编码算法方面，本课题分别针对非理想信道两种误差模型给出鲁棒的收发机设计算法，选取最大的数据流MSE为优化目标，保证数据流之间的公平性，提高系统的BER性能。当信道误差服从统计分布时，优化目标选为最大的平均数据流MSE，固定发送矩阵时，接收矩阵可以得到闭式解，而固定接收矩阵时，发送矩阵的优化分别采用SOCP的集中式算法以及拉格朗日对偶的分布式算法。当信道误差满足范数有界时，通过逐次优化发送矩阵或接收矩阵都构造为求解SDP或者SOCP问题。. 通过4年的研究，本课题组在包括IEEE TWC、IEEE TC等国际国内刊物以及IEEE ICC、GLOBECOM等国际会议上一共发表了48篇学术论文。申请12件发明专利，其中4件已授权。同时，培养了5名博士和6名硕士。