论文研究-基于SLNR准则的多点协作联合处理算法.pdf

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多小区单用户联合传输能显著改善小区边缘用户的链路性能, 但降低了协作小区的平均吞吐量; 多小区多用户联合传输在改善小区边缘用户性能的同时, 通过协作小区内多个移动终端的复用, 提升协作小区的平均吞吐量。根据SLNR准则提出了一种单用户和多用户自适应切换的多小区联合处理算法, 结合协作集合选择、选择协作集合内的配对用户、MU-MIMO处理等形成一个完整的CoMP处理过程。该算法的单用户和多用户MIMO算法处理相似, 可简化系统处理过程, 并通过自适应选择单/多用户模式提高算法鲁棒性, 有利于提高CoMP的系统增益。根据LTE-Advanced系统的参数进行了系统仿真, 结果证明, 该算法性能优于
第11期 姜静,等:基于SINR准则的多点协作联合处理算法 3453 在联合处理集合内没有复用用户,H为全零矩阵,则用户k的大信漏噪比准则为求解多用户预编码矩阵提供了简单的闭式 权值矩阵为W4=eg(M1)HH],其中H4为所有协作解方法,而且可以获得接近最优解的性能。 联合处理小区至用户k的信道矩阵。 若复用用户备选集合的mD大于复用门限 DMU- MINO,3性能分析 确定选择maxD对应的用户i作为用户k在小区j的复用多用 本文提出算法的仿真参数如表1所示。 户,此时用户k的权值如式(4)所示,复用用户的权值矩阵为 表1多点协作联合处理性能比较的仿責条件 Wk=eigl(Nr (2 I+HH)HEH] 仿真参数 取值 系统带宽 d)确定复用用户i的联合传输小区。如果接收到主小区 配置参数 19个基站,每个基站三个扇区 的导频信号强度高于门限 RSRPCoN,则说明为其主小区的中仿真场景 市区微蜂窝 心用户,仅其所属的主小区为用户i传输数据,无须邻小区为 衰落模型 了帧内平坦衰落,了帧间衰落独立,收 发天线不相关 共联合传输。式(9)中的H为用户i所属主小区至用户i的 协作小区问结构 通过最大信漏噪比准则选择COMP 信道,联合传输集合其他小区至用户i的信道置零 预编码矩阵 如果接收到其所属主小区的导频信号强度高于门限RSR- 小区内的传输技术 秩为1或2的SU-MIMO,每个UE秩 为1的MU-MIMO PcMP,则说明用户为其主小区的边缘用户,需要选定用户 UE端的信道信息和干扰信息佔计理想计 的联合传输小区,计算各小区到用户i的接收信号强度RSR 调度器 比例公平算法 P;,邻小区和主小区的接收信号强度之差为△RSRP=RSR-适应调制编码 QPSK 1/2, 16QAM 1/3, 64QAM3/4 P主小区-FSRP,选定联合传输集合内△RSRP;<△ RSRPip的 业务种类 全负载 小区作为用户i的联合传输小区。式(9)中的H1复用用户 按照LTE- Advanced系统的相关参数确定,并假定仿真中 联合传输小区至用户i的信道,联合传输集合其他小区至用户的信道估计和信道信息反馈都是理想的即基站获得全部信道 i的信道置零。 信息。为了比较CoMP技术的增益,相对每一种CoMP模式还 )寻找第二个复用用户。如果用户k选定为多小区多用仿真了未进行CoMP时的系统性能。 户复用模式,计算复用用户备选集合内其他用户l与k的空问 仿真结果如图2所示。 相关度D,其他用户l与i的空间相关度D,。选择D 4发射天线,2接收天线,每个小区10个用户 (D.+D2;)2最大的用户,且空间相关度DA和D同时大于 0.9 复用门限DM,则该用户作为联合传输的复用用户User+ 0.7 若D:最大的用户空间相关度DA或D,小于复用门限 DMa,则不存在第二个复用用户,该仅有用户k与i进行 ---秩为1的单小区MMO MU-MIMO联合传输。 用户多小区MIM 按照步骤c)和d)的方法,选择联合传输时第一个复用用 0.1 自适应多小区MU-MNO 户Uer:,并判断该用户的联合传输小区。用户k的权值为 移动终端的频谱效率/ps/Hz H1+H+1H1-1)-HH](10 图2各种传输模式的边缘用户频谱效率对比 复用用户i的权值为 图2提供了各种联合处理模式的性能对比,横坐标为边缘 W=eig(Ng01+HH+H+1H+1)-HH1](11)用户的频谱效率,纵坐标为可以达到该频谱效率的用户累积比 复用用户i+1的权值为 例。当CDF为0时,代表小区内所有边缘用户的频谱效率均 W=cg(N021+HH4+HH1)H1H1](12) 大于对应横坐标的取值;当C!F为1吋,为所有用户均小丁横 坐标对应的频谱效率。以频谱效率时为例,采用自适应多小 )按照已经确定的用户权值,进行多用户联合处理的发区 MU-MIMO时,20%的边缘用户都可以达到1bps/H的频谱 送。MU处理后的用户k的吞吐量为 效率;而采用秩为1的协作MIMO,所有边缘用户的频谱效率 <(1n(WRW+W+1HRW+1)+3(13)都小于1bp/Hz,以此类推。 WFR,WR 出图2可以看出,进行单小区和多小区自适应的MU-M 同理,用户i和i+1也可以用上述公式求出春吐量。联合MO联合处理性能优于多小区单用户联合处理和单小区多用 传输集合在该资源上的总吞吐量为 户性能。CDF为0.2时,也就是对于80%的边缘用户,本文算 WH RW 法可实现边缘用广的频谱效率大于0.4bps/Hz,而单小区多用 m1+(w+,8,,)+N可 户仅能大于0.25bps/Hz,多小区单用户仅能大于0.37bps WR. og del i +ur(w r,wa t wi,r, w, )+NRg Hz。相对于其他MIMO处理,本文的算法可以将边缘用户的 频谱效率提高8%-60%;在CDF为0.8时,也就是对于20% A.R,-1w lgl(tr(wkW+Wgk,W)+A:a2(14)的边缘用户,本文算法可实现边缘用户的频谱效率大于1hp Hz,而单小区多用户仅能大于0.7bps/H,多小区单用户仅能 理论上决定多用宀预编码矩阵的最优方法为求解Cm为大于0.8bp/Hz,本文的算法可以将边缘用户的频谱效率提高 极值点的权值矩阵W,将通过不断地迭代求得最优解,但是最25%~42%,因此,本文算法可以明显改善边缘用户的吐量 3454 计算机应用研究 第30卷 在各种传输方案的对比中可以看出,本文提出的单小区和多小 as in Communications, 2010, 28 (9): 1435-144 区白适应联合传输算法的性能最优。 [4 NA Chong-ning, HOU Xiao-lin, HARADA A Enhanced iterative max sum-rate algorithm for linear MU-MIMO Precoding[C]//Proc of the 4结束语 22nd International Symposium on Personal Indoor and Mobile radio Communications. Piscataway: IEEE Press, 2011: 1495-1499 多小区多用户联合传输不仅改善了移动终端的链路性能 [5 SADEK M, TARIGIIAT A, SAYED A IL. A leakage-based precoding 而且通过不同小区移动终端的复用,大大提高小区的平均吞吐 scheme for downlink multi-user MIMO channels[ J]. IEEE Trans on 量。从性能而言该传输技术是性能增益最大的,但由于在协作 Communications,2007,6(5):1711-1721 集合内选择合适的移动终端配对,算法流程比较复杂,协作小[6] WEBER T, MANIATIS I, SKLAVOS A,ga. Joint tiε nsmission and 区间的信息交互比多小区单用户联合传输大, bac khau的时延 detection integrated network(joint), a generic proposal for beyond 3G 也会影响多小区多用户联合传输的性能。本文提出的单用户 systems[ C1// Proe of the 9 th International Conference on Telecommu 和多用户自适应切换的多小区联合处理算法,对无法配对成功 nic;tins.2002:479-483 的用户仍采用多小区单用户联合传输,配对成功的用户进入多「71 RAMPRASHAD S A, PAPADOPOULOS H O. Cooperative cellular 小区多用户联合处理模式,提高了多小区多用户联合传输算法 networks using mnlli-user MIMo, Irade-offs overheads. an interfer 的鲁棒性;木算法仅进行两级多用户配对,折中考虑了系统复 ence control across architectures J. IEEE Communications Mag 杂性和性能优化;同时设计了CoMP的联合传输集合选择、用 azine,2011,49(5):70-77 户配对、MMO处理,使系统能完整地进行CMP处理:经系统8.1HH1CHNM., al. Capacity scaling o multiuser mimo with limited feedback in a multi-cell environment 仿真证明其性能好于多小区单用户算法,因此可广泛推广十 [C]//Proc of the 4l st Asilomar Conference on Signals, Systems and LTE- Advanced系统。 omputers. [S1.: IEEE Press, 2007: 93-100 参考文就 [9 ZHANG Hong-yuan, DAI Huai-yu. Cochannel interference mitigation I 3GPP TR 36 814 V2.0.0, Future advancements for E-UTRA physical and cooperative processing in downlink multicell multiuser MIMO net layer aspests( Release 9)[S.2009. works[ J. EURASIP Journal on Wireles Communications and [2 DAVID G, STEPHEN H, HOWARD H, et al. Multi-cell MIMO coop Networking,2004,2004(2):222-235 erative networks: a new look at interference[J]. EE Journal on[10]刘颖,宋哓勤.LTE系统中 P-COMP预编码的优化算法[冂.信息 Selected Areas in Communications, 2010, 28(2): 1380-1408 通信,2012,122(6):2-24 [3] ZHANG Rui. Cooperative multi-cell block diagonalization with per- LI1」魏宁,李少謙.LTE-A宀协同多点怙输的联合处理预编码方法 base-station power constraints [J. IEEE Journal on Selected Are [J].中兴通讯技术,2010,16(1):37-39 (上接第3444页) [C]//Proe of the 10th International Conference on Arehitectural Sup- port for Programming Languages and Operating Systems. New York 本文研究了DN的路由预测知识库理论,设计了基于历4) ACM Press,0:96107 4结束语 TOLBA S, HAKAMI M, MIHDHIR A, et al. Underwater delay tolerant routing in action[ J. Oceans, 2012, 1(6): 14-19 史队列预测知识库的单播路山算法EDHO。在仿真实验过程61 NAREYANAN, McDONALD E. A framework for simulation analysi 中,EDHD算法比ED算法有非常明显的优势,EDHO算法在维 of delay tolerant routing protocols[ C]//Proc of Vehicular Technology 持与FD算法平均延迟水平相当的基砷上,保证了可靠的路由 Conference. 2012: 3-6 成功率,尤其当消息数据比较大时,其优化效果比上D算法更7] FALL K. A delay- olerant network architeeture for challenged Inter- 加明显。 nets, IRB-TR-03-003R. 2003 综⊥所述,本文所提的EDHO路由算法在可靠性方面优8 SCOTT K, BURLEICH S.RFC5050, Bundle protocol specification 于ED算法,在DTN中具有普遍适用性,与算法的理论分析基 [S].[S.1.]:IF CERF V. BURLEICH S, HOOKE A, et aL. Internet RFC 4838, Delay 木一致,为消息的传递提供了可靠性保证。 chile turel s 2007 参考文献: [IU JAIN S, FALL K, PATRA R. Routing in a delay tolerant network [1」张龙,閱贤伟,王建淬,等.容迟与容断网络中的路由协议[冂].软 [C]//Proe of Conference on Applications, Technologies, Architee tures and protocols for Computer Communication. New York: ACM 件学报,2010,21(10):2555-268 Press,2004:145-158 [2 WILL 1, WES W. Delay/ disruption-tolerant network testing using a LEO satellite[C]//Proc of the 8th Annual NASA Earth Science Lll」薛静铬,陆悊梅,石琳.DIN路由抆术硏究综述LEB/OL」.(2007- 11-21).http://www.papereduen/releasepaper/content/200711 Technology Conference. 2008: 542-547 407 [3 CAINI C, CRUICKSHANK H, RRELL S Delay and disruption-toler 12 MARASICAN D, ROANMEL P. MV routing and capacity building in anl nel work ing(IyT\): an allernative solution for future satellite nel- disrupt iun tolerant networks C//Pmc of the 24th Annual Joint Col- working applications J.. Proc of the IEEE, 2011, 99(11): 1980 ference of the IEEE Computer and Communications Societies. 2005 1997. 398-408 「4 JUANG P,OKIH, WANG Yong,eal. Energy-efficient computing for[l3]李云,王英,刘占竿,等.DIN中链路中断性的分析[J].通信 wildlife tracking design tradeoffs and early experiences with ZebraNet 学报,2008,29(11):232-236

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