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为了能够提供更高的传输速率和频谱效率,LTE和LTE-A系统均使用正交频分复用技术(OFDM)和频率复用因子为1的组网方式,这种组网方式将会导致相邻小区间存在很强的干扰。如果不采用有效的方法来解决小区间的干扰问题,LTE/LTE-A系统将无法满足小区边缘用户的高速率通信需求。同时,这也会导致实际的通信系统无法充分挖掘LTE/LTE-A系统所具有的潜在性能增益。针对上述问题,人们提出了多种小区间干扰协调(ICIC)技术,包括传统的软频率复用技术、部分功率控制技术、先进的接收技术、先进的发送技术、协作多点传输(CoMP)技术和分布式天线技术(DAS)。其中,CoMP技术作为提高小区边缘用户吞吐量的重要手段而受到学术界的广泛关注。本文的主要工作即是针对多小区MIMO系统中下行CoMP预编码技术展开研究。
首先,本文分析并总结了传统的基于QR分解的CoMP预编码方案和基于ZF-THP的CoMP预编码方案的优缺点,对他们的BER性能进行了仿真验证。虽然,传统的基于QR分解和ZF-THP的CoMP方案可以提高小区边缘用户的性能,但是,由于这两种方案中子信道的增益取值范围可能过大,质量较差的子信道会严重地恶化系统的BER性能。
然后,针对传统CoMP预编码方案存在的问题——子信道的增益取值范围太大,本文提出了带有功率分配的CoMP预编码方案。在该方案中,同时介绍了三种功率分配算法来对子信道的性能进行均衡。其中,等速率功率分配算法复杂度低、实现简单,但当信噪比很低时,其性能相对于传统CoMP预编码方案的性能有所下降;最小误比特率功率分配算法理论上能够获得最优的BER性能,但其复杂度较高;修正型功率分配算法充分地利用了等速率功率分配算法和最小误比特率功率分配算法的优点以及子信道的分布信息,能够以较低的复杂度达到提高系统BER性能的目的。仿真结果表明,带有功率分配的CoMP预编码方案可以进一步改善系统的BER性能,尤其当信噪比较高时,这种性能的增益更加明显。
最后,为了克服传统的基于ZF-THP的CoMP预编码方案存在的子信道的增益取值范围太大的缺点,本文介绍了一种修正型的ZF-THP算法来对子信道的性能进行均衡,同时由仿真结果发现,这种方案与带有等速率功率分配的CoMP预编码方案是等效的。为了进一步改善基于修正型ZF-THP的CoMP预编码方案的性能,本文接下来介绍了一种最优优先排序算法来对信道矩阵进行联合预排序,这种排序算法能够在相对较低的复杂度下获得与穷举搜索算法相近的BER性能。仿真结果表明,基于修正型ZF-THP的CoMP预编码方案可以实现子信道的性能均衡,同时通过对信道矩阵的行向量进行联合最优优先预排序,该方案的BER性能可以得到进一步地改善,并且其BER性能要优于带有功率分配的CoMP预编码方案的性能。