多點(diǎn)協(xié)作系統中異步干擾特性及其預編碼設計

在理論上,多輸入多輸出MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)無(wú)線(xiàn)系統較傳統的單天線(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)系統而言，在不增加帶寬和發(fā)射功率等開(kāi)銷(xiāo)情況下，可明顯提高系統容量和頻譜效率[1]。但是，在實(shí)際系統中人們卻發(fā)現，在傳統的基站非協(xié)作傳輸方式下，每個(gè)基站為其所屬小區覆蓋范圍的用戶(hù)發(fā)射信號，用戶(hù)與為其服務(wù)的基站間是一一對應的，對來(lái)自鄰近小區的信號往往被視為加性高斯白噪聲處理，致使MIMO系統性能?chē)乐厥芟抻谙噜徯^用戶(hù)的同道干擾IC-CCI(Inter-cell Co-channel Interference)[2-3]，在信噪比很高的區域，獲得的信號干擾噪聲比SINR(Signal-Interference-Noise Ratio)卻可能很低，甚至為零。為了能增強信號覆蓋范圍,提高系統空間自由度以及宏分集效果,改善信道秩特性,且更有效抑制小區間的IC-CCI干擾等，以適應新一代無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信系統的需要,近年來(lái),提出了一種多點(diǎn)協(xié)作傳輸Co-MP(Coordinated Multi-point Transmission and Reception)技術(shù)[4-5]。相對于傳統基站非協(xié)作方式而言，Co-MP系統將來(lái)自鄰近小區的干擾信號變成有用信號，從而可有效消除IC-CCI干擾,有望進(jìn)一步獲得更大的系統容量和更高的頻譜效率，因此，成為協(xié)作通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。但是，目前多基站協(xié)作通信研究大多基于假設用戶(hù)獲取的期望信號與來(lái)自不同基站的干擾信號均能很好地同步[6-7]。
然而，在實(shí)際應用中，由于參與協(xié)作的多基站通常分布在不同地理位置，因此信號傳輸具有固有的異步特性[8]。即使定時(shí)提前機制能確保從各協(xié)作基站傳輸到目標用戶(hù)的期望信號同時(shí)到達，也很難保證目標用戶(hù)收到的其他用戶(hù)干擾信號與其期望信號的同步性。本文主要針對協(xié)作多基站下行傳輸系統中多用戶(hù)信號傳輸的異步干擾特性進(jìn)行了詳細的分析和討論，并提出了一種應用于基站發(fā)射端的聯(lián)合預編碼優(yōu)化設計準則，以期待降低多用戶(hù)異步干擾對Co-MP系統性能的影響。
1 多點(diǎn)協(xié)作系統分析模型
　假設有一個(gè)Co-MP下行傳輸系統,系統中有M個(gè)相鄰協(xié)作基站，每個(gè)基站有Nt根發(fā)射天線(xiàn)，有K個(gè)移動(dòng)用戶(hù)任意分布在下行的多小區中，每個(gè)用戶(hù)有Nr根接收天線(xiàn)，因此，該協(xié)作多基站系統可表示為(Nt,Nr,M,K)，如圖1所示。在系統中，多基站協(xié)作傳輸Lj個(gè)數據流到用戶(hù)j，不同的傳輸路徑可視為是獨立的，且為頻率平坦衰落的瑞利信道。此外,用Hbj表示從基站b到用戶(hù)j，維數為Nr×Nt的信道傳輸矩陣，其元素是復高斯的獨立同分布變量；且假設在慢衰落情況下每個(gè)基站均可通過(guò)自適應信號跟蹤反饋獲得所有用戶(hù)子信道的完美信道狀態(tài)信息CSI(Channel State Information)[9]，包括各傳輸路徑的時(shí)延等。

若用bj表示距離用戶(hù)j最近的基站(或稱(chēng)為用戶(hù)j的服務(wù)基站)，且其傳輸時(shí)延為τj；τbj表示從基站b到用戶(hù)j的傳輸時(shí)延；sj(m)表示在m時(shí)刻多基站協(xié)作傳輸給用戶(hù)j的零均值數據符號矢量(維數為L(cháng)j×1)，基站b經(jīng)過(guò)維數為Nt×Lj的線(xiàn)性預編碼矩陣Wbj處理后得到從該基站到用戶(hù)j的發(fā)射矢量xbj(m)，即有xbj(m)=Wbjsj(m)。Wbj=0表示每個(gè)基站僅服務(wù)于自己用戶(hù)(即沒(méi)有協(xié)作)的特殊情況。
在給定CSI情況下，為使每個(gè)用戶(hù)信息傳輸速率最大化，采用發(fā)射功率歸一化的高斯碼本作為傳輸數據矢量，且不同用戶(hù)碼本彼此相互獨立，若用符號“(.)H”表示復共扼轉置，Im表示m×m階的單位陣，則有: