基于不等功率同道干扰的多蜂窝小区性能研究

摘要

实际无线通信场景中的信号传输通常会受到加性白高斯噪声、多径衰落和同信道干扰(CCI)的影响。由于蜂窝系统中同一个小区内的多个用户和邻近蜂窝小区的具有相同频率的用户使用相同的频率进行收发信号,因而这就不可避免的产生了多个用户之间相互干扰,这在一定程度上将会影响信号的接收质量,降低系统性能。如何降低同道干扰对蜂窝系统性能的影响,已经成为当前业界研究的热点问题。目前,一些抗干扰和衰落的分集技术在蜂窝系统中不断应用,如最大比合并技术和多用户分集技术,合理的利用分集增益在实际通信中可以有效的提高蜂窝系统性能。
　　本文以同道干扰下蜂窝系统的性能为研究课题,研究了不等功率同道干扰对蜂窝系统的性能的影响以及分集技术在提高系统性能方面的作用。首先,本文建立了两蜂窝两用户的系统模型,详细讨论了干扰服从Rayleigh分布和Nakagami分布时不等干扰功率对多蜂窝系统的中断概率和平均误符号率的影响,证明了不等功率同道干扰对多蜂窝系统性能具有严重的影响。其次,在前面工作的基础上提出了一种最大比合并(MRC)技术,讨论了干扰服从不同衰落时的最大比合并蜂窝系统的性能,同时通过仿真,说明了最大比合并技术能够增加天线分集增益,有效克服干扰的不利影响。最后,在采用最大比合并策略上,进一步提出了多用户分集技术,通过将最大比合并和多用户分集技术相结合来提高系统性能。这部分建立了最大比合并技术下的多输入多输出系统模型,讨论比较了理想信道下有多用户分集和无多用户分集的系统的中断概率性能和平均误符号率性能;之后,进一步考虑存在同道干扰和信道估计误差时,研究了非理想信道下具有最大比合并和多用户分集蜂窝系统的平均容量,分析比较了多用户分集、不等干扰功率、以及信道估计误差对具有多用户分集和最大比合并蜂窝系统的平均容量的影响,并通过matlab仿真说明了通过将无线频谱资源分配给拥有最佳信道质量的用户能够实现蜂窝通信系统的总吞吐量最大化,进一步证明了多用户分集和最大比合并技术相结合更有助于蜂窝系统性能的提升,而强的同道干扰对系统性能的提升不利。文章在以上工作的基础上总结了全文,并对下一步的研究工作做出了简单的计划。另外,文章中每个部分都设计了相应的Monte-Carlo仿真来验证文中主要理论分析的正确性。

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 多蜂窝系统的研究现状

1.2 蜂窝移动通信系统及相关技术

1.2.1 蜂窝移动通信系统

1.2.2 多用户分集技术

1.2.3 分集合并技术

1.3 研究背景和意义

1.4 本文研究的创新点和内容安排

1.4.1 本文创新点

1.4.2 论文的章节安排

第二章 移动无线通信信道

2.1 无线衰落信道的基本特征

2.1.1 传输衰减

2.1.2 多径(时延)扩展—频率选择性衰落

2.1.3 多普勒扩展(时变性)—时间选择性衰落

2.1.4 角度扩展—空间选择性衰落

2.2 Rayleigh、Nakagami和Rice分布

2.2.1 Rayleigh分布

2.2.2 Nakagami分布

2.2.3 Rican分布

2.3 总结

第三章 基于不等功率同道干扰的非协作多蜂窝系统

3.1 研究方法

3.2 系统模型

3.3 Rayleigh同道干扰系统

3.3.1 SINR的概率密度函数

3.3.2 系统中断概率

3.3.3 系统平均误符号率

3.3.4 仿真与分析

3.4 Nakagami同道干扰系统

3.4.1 SINR的概率密度函数

3.4.2 系统中断概率

3.4.3 系统平均误符号率

3.4.4 仿真与分析

3.5 总结

第四章 基于同道干扰的最大比合并多蜂窝系统

4.1 最大比合并(MRC)算法

4.2 系统模型

4.3 基于Rayleigh同道干扰的MRC系统

4.3.1 SINR的概率密度函数

4.3.2 系统的中断概率

4.3.3 系统的平均误比特概率

4.3.4 仿真与分析

4.4 基于Nakagami同道干扰的MRC系统

4.4.1 SINR的概率密度函数

4.4.2 系统中断概率

4.4.3 系统平均误比特概率

4.4.4 仿真与分析

4.5 总结

第五章 基于多用户分集和最大比合并的多蜂窝系统

5.1 多用户分集算法

5.2 理想信道信息下具有同道干扰的MRC系统

5.2.1 系统模型

5.2.2 无多用户分集时系统性能

5.2.3 有多用户分集时系统性能

5.2.4 仿真分析与性能比较

5.3 非理想信道信息下具有同道干扰的MRC系统

5.3.1 信道容量

5.3.2 系统模型

5.3.3 无多用户分集时系统平均容量

5.3.4 多用户分集的系统平均容量

5.3.5 仿真分析与性能比较

5.4 总结

第六章 全文总结

6.1 本文总结

6.2 进一步展望

致谢

参考文献

攻读学位期间公开发表论文