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1、3.2课课题主要要研究技技术的国国内外发发展现状状与趋势势，课题题主要研研究技术术国内外外专利申申请和授授权情况况一、课题题主要研研究技术术的国内内外发展展现状与与趋势下一代移移动通信信系统需需要更大大的系统统带宽，以以支持更更大的传传输速率率和系统统容量（下下行链路路达1000Mbbps，热热点区域域达到11Gbpps），如如此高的的系统带带宽对多多小区间间的频率率复用效效率提出出了更高高的要求求，而全全频率复复用是满满足上述述需求的的有力技技术，但但是在全全频率复复用环境境下，小小区间的的干扰会会严重影影响通信信系统的的传输速速率和用用户的服服务质量量。由于于在下一一代移动动通信系系统中普
2、普遍采用用OFDDMA、SC-FDMMA等多多址接入入技术，确确保小区区内用户户之间的的正交性性，有效效地抑制制了小区区内干扰扰。小区区间干扰扰就成了了未来移移动通信信系统中中的主要要干扰源源，目前前小区间间的干扰扰抑制技技术主要要分为四四类：干干扰随机机化、干干扰消除除、干扰扰协调和和宏分集集。干扰随机机化技术术不能降降低干扰扰的能量量，但能能将干扰扰随机化化为“白噪声声”，从而而抑制小小区间干干扰的危危害，因因此又称称为“干扰白白化”。干扰扰随机化化的方法法包括：加扰、交交织多址址(IDDMA)和跳频频等。干干扰消除除技术是是通过在在用户端端利用处处理增益益来进行行干扰压压制的一一类技术术
3、，干扰扰消除技技术复杂杂度高、应应用条件件严格，而而且只能能消除一一些强干干扰源，而而实际系系统中干干扰主要要是由很很多小的的干扰叠叠加在一一起产生生的，因因此这项项技术在在实际应应用中效效果有限限。干扰协调调技术是是通过在在小区间间合理分分配资源源，尽量量使相邻邻小区间间所用资资源正交交，从而而减少小小区间的的干扰1-88。当当前的干干扰协调调技术研研究主要要是通过过对频谱谱资源的的协调减减少干扰扰，根据据资源分分配方法法的不同同,小区区间干扰扰协调技技术可分分为静态态协调、半半静态协协调和全全动态协协调三种种。静态态干扰协协调主要要包括EEriccssoon和华华为的方方案11,2，阿尔尔
4、卡特方方案33,9等。Erricsssonn和华为为的方案案简单明明了，信信令开销销小，效效果较好好，所以以通常作作为其他他方案的的基础。阿阿尔卡特特方案的的核心是是对小区区边缘进进行了细细分，这这使得在在确保小小区间干干扰减少少的前提提下，小小区边缘缘可用频频率大为为提高(从l/3提高到到6/7)，但但由此也也带来了了对用户户位置判判定较为为敏感的的缺点。半半静态干干扰协调调包括SSiemmenss方案4，Texas Instruments方案7等。Siemens方案的优点是比较灵活，对负载变化不敏感。缺点则是频谱利用率不高；Texas Instruments方案的优点是小区边缘的用户吞吐量
5、大，缺点主要是对小区间信令通信依赖较大，需产生额外的信令开销。动态干扰协调包括Nortel方案10、Lucent公司干扰抑制方案11等。动态干扰协调方法可以很好地适应系统内负载的变化。缺点是由于子载波的分割需要在整个系统内进行，不能在某一个小区单独调整，这就需要额外的信令开销，过多的信令开销将导致系统效率的严重降低，对系统性能的提高甚至起负作用，同时每个传输时间间隔内进行子载波的分割也将增大系统的传输时延。然而上述干扰协调技术本质上还是一种分数频率复用技术，其频谱效率仍然不是很高。在宏分集集技术方方面西安安交大的的朱世华华教授提提出了一一种多小小区部分分宏分集集功率控控制算法法，该算算法能有有
6、效提高高小区边边缘地带带的容量量122。清清华大学学的姚彦彦教授详详细分析析了宏分分集对于于CDMMA 系系统容量量的影响响133。此此外北邮邮的陶小小峰、张张平、李李道本教教授提出出了一种种软分数数频率复复用方案案以进一一步提高高多小区区的频率率复用效效率114-115，并并进而提提出了一一种支持持宏分集集策略的的软分数数频率复复用方法法用于多多小区间间的干扰扰协调，通通过OFFDM环环境下的的仿真证证明其具具有一定定的优势势166。而而本课题题拟研究究MIMMO环境境下，通通过跨小小区用户户调度和和宏分集集技术在在全频率率复用条条件下实实现多小小区动态态干扰协协调。除了上述述干扰抑抑制技术
7、术外，当当前还有有两个主主要技术术也是下下一代移移动通信信系统的的重要基基础，本本课题将将结合以以下两个个技术提提出满足足下一代代移动通通信网络络多用户户、多小小区间干干扰协调调的解决决方案。第一个是是近十年年来得到到充分发发展的多多输入多多输出(MIMMO)通通信技术术17,18。它是是利用空空间资源源实现高高速率链链路传输输的一种种有效方方式，能能够在不不增加额额外频谱谱和功率率的情况况下显著著增加通通信系统统的传输输速率和和可靠性性，被公公认为是是下一代代移动通通信中的的关键技技术之一一。点到到点的多多天线传传输（MMIMOO）技术术的研究究已日趋趋成熟，它它通过获获得空间间复用增增益、
8、分集增益益和阵列列增益，可可以有效效地提高高频谱有有效性、链链路可靠靠性和功功率有效效性。针针对多用用户的MMIMOO通信技技术，近近几年也也有较大大的发展展，但还还不是太太成熟，在在蜂窝网网的框架架下简单单地通过过频分、时时分和码码分的多多址技术术将点到到点的MMIMOO通信技技术扩展展为多用用户MIIMO通通信，并并没有充充分利用用空间资资源提高高频谱利利用率，甚甚至因多多用户间间不能协协作接收收或发射射并相互互干扰而而降低频频谱效率率。近期期发展的的MIMMO多用用户分集集技术可可较好地地改善其其性能，但但能显著著提高其其容量的的还是有有效实现现空分多多址(SSDMAA)的多多用户MMI
9、MOO通信技技术18，而对对此只有有针对较较少发射射天线数数的简单单实现方方案，如如基于信信道信息息(CSSI)反反馈的多多用户MMIMOO预编码码19,20和基于于有限反反馈的随随机多波波束形成成21-24等，如如何进一一步提高高其干扰扰抑制效效果，这这方面的的研究还还有较多多问题要要解决。另一个研研究进展展是协作作通信，即即通过在在传统的的蜂窝网网中引入入基站之之间的协协作处理理来提高高系统的的频谱利利用率以以及网络络覆盖面面。在实实际的蜂蜂窝系统统中，由由于多个个用户之之间的资资源共享享以及相相邻蜂窝窝小区之之间的频频率资源源共享，用用户通信信会受到到小区间间的干扰扰，甚至至出现一一些“
10、死区”。这类类小区间间干扰问问题在多多天线MMIMOO通信系系统中尤尤为重要要，因为为虽然理理论研究究表明独独立衰落落的MIIMO信信道容量量是随收收发端较较小天线线数成倍倍线性增增长，但但在实际际系统中中MIMMO技术术会由于于干扰的的原因而而极大地地限制其其性能增增益。为为了在保保证资源源共享的的同时有有效降低低小区间间干扰，有有关学者者提出了了多基站站协作或或者分布布式基站站的解决决方法。本课题拟拟研究的的是在MMIMOO环境下下，小区区间全频频率复用用条件下下多用户户、多小小区动态态干扰协协调问题题在网络络协议架架构和各各协议层层的解决决方案及及其关键键技术，其其中所涉涉及的多多用户M
11、MIMOO通信技技术以及及各个层层次的干干扰协调调技术在在国内外外都有一一些分散散的局部部研究，因因此下面面按如下下标题逐逐个地介介绍它们们的国内内外研究究现状，并并对存在在的问题题和技术术难题进进行简要要的分析析。1、多用用户、多多小区协协同通信信传输技技术研究究现状MIMOO的提出出被认为为是通信信理论发发展史上上具有里里程碑意意义的技技术，信信息论的的推导与与相关实实验结果果都表明明255-266：通通过在收收发端都都引入多多天线，系系统可在在不额外外增加功功率和带带宽的前前提下实实现频谱谱效率随随天线数数的线性性增长。而而不久后后的另一一个理论论结果则则给业界界带来了了更大的的信心与与
12、热情：对于点点对多点点链路（或或信息论论上的广广播信道道），VViswwanaath、JJinddal、WWeinngarrtenn等人的的工作表表明上述述点对点点链路下下的线性性增长规规律仍然然是有效效的，即即系统的的总速率率会随基基站天线线数和移移动台天天线总数数的较小小者线性性增长27-29。值得注意意的是，上上述关于于MIMMO下行行链路的的结论是是在没有有考虑小小区间干干扰的前前提下得得到的，如如果小区区间采用用全频率率复用，则则小区间间的干扰扰将使得得MIMMO系统统性能大大幅下降降。在传传统的蜂蜂窝组网网中，为为了减少少小区间间干扰，大大多采用用分数频频率复用用（常用用的复用用因
13、子有有1/77,1/3等），但但从更为为积极利利用频谱谱的角度度看，采采用全复复用显然然更具吸吸引力。全全复用系系统需要要解决的的问题主主要是如如何减小小因小区区间干扰扰而带来来的传输输性能恶恶化问题题，尤其其对于小小区边缘缘用户。目目前已有有的商用用宽带系系统中一一般是利利用系统统固有或或人为创创造的“干扰平平均效应应”（即干干扰信号号的随机机性减弱弱有利于于提高接接收机的的信干噪噪比）来来使干扰扰问题得得到部分分缓解（如如基于CCDMAA的ISS-955系统和和基于跳跳频OFFDMAA的Fllashh-OFFDM系系统等）。 从更为为积极对对抗干扰扰的角度度看，还还可以采采用更为为先进的的
14、信号处处理技术术如多用用户检测测来减小小干扰带带来的影影响（如如Daii&Pooor30的工作作中讨论论过的成成组MMMSE检检测、成成组串行行干扰抵抵消检测测等），但但这样处处理的一一个最大大问题便便是对接接收机（移移动终端端）的处处理复杂杂度以及及对信道道状态信信息的质质量要求求都非常常高，而而且其性性能改善善主要是是体现于于接收端端拥有多多根天线线的情形形，在接接收端为为单根天天线时其其增益甚甚微。为了更为为有效地地对抗干干扰，最最为彻底底而根本本的办法法是“化敌为为友” 即将将干扰视视作有用用信号进进行处理理，这个个目标可可以通过过在基站站间引入入协作来来实现：在理想想情况下下，多个个
15、分散的的基站阵阵列可被被看成为为一个更更大的天天线阵列列，而中中心基站站（或调调度站）则则负责相相关小区区内所有有用户信信号的发发射与接接收（即即可以建建模为MMIMOO广播信信道与MMAC信信道）。关关于基站站间协作作的想法法尽管在在19994年WWyneer的一一篇文章章中226就就有提及及，但真真正引起起关注与与研究热热情则还还是近几几年的事事情，其其主要促促进因素素有二：一是关关于MIIMO广广播信道道的信息息论研究究取得了了几项非非常重要要且令人人鼓舞的的理论成成果227-29，其其中以WWeinngarrtenn等人于20004年确确定MIIMO高高斯广播播信道容容量区的的工作为为
16、代表29；另外外的原因因则是对对于高传传输速率率与高频频谱效率率的追求求在近些些年有逐逐渐增强强之势，文文献332-333对对MIMMO广播播系统中中基于TTDMAA、ZFF预编码码和DPPC预编编码三种种不同传传输策略略进行了了深入研研究，提提出了一一种实现现复杂度度较低的的基于信信道误差差模型的的TDMMA和迫迫零预编编码的自自适应传传输方法法。关于于基站间间协作的的研究，比比较有代代表性的的工作主主要有：Sommekhh、Shhamaai等人人基于WWyneer模型型对单天天线基站站协作系系统进行行了高斯斯及衰落落信道下下的上行行与下行行总速率率分析34，并侧侧重比较较了TDDMA与与宽
17、带接接入（即即类似于于CDMMA的非非正交多多址）之之间、单单小区处处理与多多小区处处理之间间的性能能差异；Akttas、HHanlly等人人355基于于一般对对称模型型分析了了多天线线基站协协作系统统的上行行链路（即即宏分集集）总速速率，并并发现了了与单基基站MIIMO系系统上行行信道类类似的“资源共共享”（reesouurcee poooliing）现现象；另另外Jiing、TTse36等人考考虑简化化的Wyynerr模型，分分析了在在DPCC（污纸纸编码）策策略、ZZF策略略以及同同相传输输等几种种协作发发射方案案下各自自的下行行链路总总速率，另另外还给给出了存存在小区区边缘与与小区内内
18、部两类类用户时时的速率率区结果果。除了了上述基基于信号号处理的的合作，GGesbbertt等人基基于减小小实现复复杂度的的考虑提提出了基基于资源源分配的的协作37，即各各个基站站根据信信道状态态信息进进行用户户调度与与功率控控制，这这样通过过控制各各被调度度用户的的SINNR来实实现目标标函数（如如系统总总速率）的的优化。在上述关关于小区区间协作作通信的的研究中中，已有有的工作作或假设设基站为为单天线线，或假假设基站站虽有多多天线但但采取正正交多址址方式（即即在每个个小区中中仅支持持一个用用户）。对对于前者者，基站站采用多多天线我我们以为为将是大大势所趋趋，而对对于后者者，从系系统自由由度（或
19、或复用增增益）的的角度看看，采用用非正交交多址应应当更为为高效38-41。因此此，我们们感兴趣趣的问题题是：在在基站多多天线、小小区内非非正交多多址（或或广义的的SDMMA）情情形下小小区协作作的极限限性能（主主要是系系统总速速率的近近似公式式以及其其关于关关键参数数的缩放放规律）将将会如何何以及怎怎样设计计其次优优策略。其其次是以以往文献献中考虑虑较少的的小区间间协作通通信在实实际应用用中的两两个问题题：一是是信道时时变性的的影响在在多小区区协作情情形下比比单小区区情形要要严重很很多，因因此最优优协作策策略的选选择与信信道时变变程度是是有着很很大关系系的；二二是由于于多基站站与多用用户的分分
20、布特性性，实现现时域的的同步将将变得异异常困难难（具体体将在下下一部分分的研究究内容中中予以论论述），因因此评估估信号异异步所带带来的性性能下降降影响并并努力减减小之具具有十分分重要的的意义。2、多用用户、多多小区网网络协调调技术研研究现状状本课题中中所研究究的干扰扰协调技技术主要要是通过过对跨小小区用户户进行协协调，再再利用宏宏分集接接收技术术减少小小区间的的干扰，提提高小区区边缘用用户的QQoS。这这其中的的用户调调度技术术和流量量负载控控制技术术在国内内外已有有大量的的研究成成果，而而以协同同思想为为基础的的多用户户、多小小区改进进方案近近些年已已经受到到国外内内专家学学者的广广泛关注注
21、。下面面就来介介绍其国国内外研研究现状状。在移动通通信系统统中，传传统的多多用户调调度方法法主要有有轮询调调度，最最大载干干比调度度，比例例公平调调度。其其中轮询询调度是是指基站站以相等等的时间间间隔来来调度每每个用户户, 每每个用户户占有资资源的公公平性满满足概率率最优。但但是, 由于没没有考虑虑到不同同用户之之间信道道链路状状况的不不同, 该算法法只带来来机会公公平,没有保保证用户户间的容容量公平平, 造成成系统带带宽的浪浪费442。最最大载干干比调度度是指基基站在进进行资源源分配时时, 根据据不同用用户在某某个时刻刻的信道道状态, 每次次都把资资源分配配给信道道条件最最好的用用户传输输。
22、该算算法的优优点是使使系统吞吞吐量接接近理论论的最大大值。但但是, 由于该该算法无无法为信信道条件件差的用用户(比如边边缘用户户)分配资资源, 造成该该类用户户无法发发送数据据, 最终终导致信信道条件件相对恶恶劣的用用户“饿死”的现象象, 用户户间的公公平性无无法保证证433。比比例公平平（PFF）调度度结合了了Rouund Robbin 算法和和最大载载干比算算法各自自的优点点而产生生的。它它寻求的的是系统统吞吐量量和用户户公平性性之间的的折衷。PF算法既考虑了用户当前的信道状态, 也考虑了用户的长时公平性。能够使得用户相对于平均信道条件的长期吞吐量最大化，它的缺点是不能支持时延敏感的服务业
23、务44。上述这些调度算法都是基于单基站的情况，且调度目标是吞吐量或公平性，而本课题所研究的用户调度目标是通过多基站协作方式减少小区间的干扰，与此相关的研究还需要展开深入的分析。在移动通通信系统统中为了了实现蜂蜂窝网内内的流量量负载平平衡，主主要采用用三种技技术，即即信道指指配，地地理负载载均衡和和基于移移动速度度、方向向的流量量均衡技技术445-449。这这些技术术主要应应用在单单小区或或单基站站条件下下，在多多小区或或多基站站中进行行流量控控制是当当前的一一个研究究前沿。文文献550提提出了一一种前向向标识包包交换（llabeel sswittcheed ppackket forrwarrd
24、inng）结结构来控控制多个个基站间间的流量量，可以以支持一一个移动动终端和和各种基基站之间间的多条条无线链链路。文文献551强强调了在在异构网网络环境境下，一一种前摄摄的基站站流量控控制策略略：Foorceed DDupllicaate Ackknowwleddgemmentt (FFDA)，它和和现有的的TCPP增强策策略（如如Snooop 、Neew SSnooop）联联合工作作时，可以以提高网网络的吞吞吐率。文文献552 研究了了因为实实际条件件网络硬硬件一时时难以调调整的中中心站或或偶然出出现短期期话务高高峰的低低容量站站，认为为可以采采用“软”处理的的办法即对对基站的的Dattab
25、aase中中的相关关参数进进行调整整，使之之在拥塞塞期间转转移基站站部分话话务到相相邻的较较闲小区区，以提提高全网网的整体体利用率率。然而而以多小小区动态态干扰协协调为基基础的分分布式流流量控制制研究还还处于初初期阶段段，国内内外相关关的参考考资料比比较少。3、多小小区协同同跨层技技术研究究现状在解决多多用户、多多小区干干扰抑制制问题上上，根据据不同的的信道特特性和应应用业务务QoSS，无线线通信系系统在物物理层可可以MIIMO、OOFDMM、采用用迫零波波束成型型、随机机正交波波束成型型、广义义空分多多址（SSDMAA）传输输、污纸纸编码、线线性预编编码等不不同手段段进行优优化，在在链路层层
26、可以采采用Rooundd Roobinn轮询调调度、最最大载干干比调度度、比例例公平调调度等不不同手段段进行优优化，这这些技术术在单个个协议层层中也许许能够带带来一定定的性能能增益，但但是将这这些技术术进行不不同组合合叠加使使用时，却却未必能能带来预预期中的的性能增增益，甚甚至反而而会使得得性能下下降，尤尤其是本本课题提提出在物物理层和和链路层层都使用用协同工工作机制制，这必必然在多多基站间间带来更更多的信信息开销销，如果果依然死死板的固固守严格格的分层层界限，会会使得整整个系统统复杂度度大幅上上升，协协同工作作带来的的额外开开销挤占占过多的的基站资资源，最最终导致致无线网网络运行行效率直直线
27、下降降，不能能满足实实际应用用需要。在在跨层优优化研究究中最核核心的是是信令控控制优化化和资源源分配优优化，下下面分别别就这两两方面简简要介绍绍其国内内外研究究现状。协同控制制是实现现多用户户、多小小区动态态干扰协协调必不不可少的的组成部部分：一一方面环环境感知知需要依依据包含含信道状状况、用用户业务务和QooS要求求等在内内的控制制信息，另另一方面面要进行行协同传传输，用用户间的的控制信信息必不不可少。目目前链路路控制主主要有基基于SNNR(SSignnal to Noiise Rattio)检测，CCQI(Chaanneel QQuallityy Inndiccatoor)检检测和信信道信
28、息息反馈等等方式。反反馈的信信号主要要有MIIMO信信道状态态信息(CSII, CChannnell Sttatee Innforrmattionn)，上上行基准准信号，CQI及操作模式的指示信号等。传统无线网络中各层信令的设计彼此独立，效率较低，如果对控制信息进行跨层联合设计，使用较少的控制信令可为多层提供控制信息，可以降低信令负荷，简化协议结构和实现更高效的系统控制，这种跨层优化和设计理论近年来越来越受到系统设计者的关注。文献53提出了一种适用于B3G系统的控制信令传输方法，该方法将空时时频编码码引入到到控制信信令的传传输中，使使得控制制信令在在传输的的过程中中,能够够同时获获得空间间、时
29、间间和频率率分集，从从而达到到了提高高传输可可靠性的的目的。文献54针对下一代无线通信系统提出了一种有效、灵活信令控制机制跨层信令捷径（Cross-Layer Signaling Shortcuts CLASS），通过与现有机制的比较确定该机制可明显提高无线通信系统的性能。上述跨层信令控制改进都是基于传统的单天线收发系统，针对下一代以MIMO为基本技术的移动通信系统，文献55提出了一种适合具有三根天线的发送/接受设备的信令控制机制。然而到目前为止，在MIMO环境下，考虑到多小区基站跨层协同信令控制研究还不多，国内外学者在这方面发表的文章也很少。在下一代代移动通通信系统统中MIIMO技技术起着着
30、核心基基础的作作用，多多用户MMIMOO系统的的资源分分配与系系统的容容量紧密密相关，无无论从MMIMOO系统本本身的体体系，还还是从其其应用上上来说，资资源分配配都是一一个很重重要的问问题。在在单小区区多用户户MIMMO系统统中一般般运用正正交空分分复用的的方法，通通过设计计合适的的发送接接收矩阵阵，把多多个用户户的联合合信道对对角化，分分解成许许多单用用户的信信道，再再运用比比特流的的功率分分配算法法以达到到很好的的系统性性能56-57。如果果再结合合OFDDM技术术，则MMIMOO-OFFDM系系统中，由由于具有有多种传传输策略略、情况况非常复复杂，如如何针对对不同的的传输策策略、不不同
31、的系系统设计计目标，确确定MIIMO-OFDDM系统统中多用用户的动动态资源源分配策策略，就就产生了了许多有有待解决决的问题题58。上述述研究基基本集中中在单基基站条件件下，如如果上述述资源分分配在分分布式多多基站间间进行时时，并且且考虑到到小区间间动态干干扰协调调约束，这这类问题题往往转转化为非非凸优化化问题，面面临着全全局搜索索最优解解的计算算量非常常庞大的的问题，通通过最优优化理论论，寻求求简单快快速的资资源分配配算法，是是现在研研究的热热点之一一。3.3课课题主要要研究内内容、拟拟解决的的技术难难点和可可能的创创新点，及及技术风风险分析析（包括括技术障障碍、解解决途径径及风险险因素）主
32、要研究究内容未来的移移动通信信系统典典型结构构是一种种分布式式多用户户、多小小区通信信系统，如如图1所所示。基基站间通通过ROOF（RRadiio OOverr Fiiberr）技术术互连，各各基站采采用MIIMO多多天线技技术。 图1 分分布式多多用户、多多小区通通信系统统本课题拟拟通过在在物理层层引入协协作通信信机制来来进行多多小区间间的干扰扰抑制，将分布在不同地理位置上通过ROF互连的多个基站看成一个“虚拟”MIMO系统，通过协同工作机制，把原来视为干扰的信号变为具有增益的有用信号，改善小区边缘用户的信号质量，实现多小区间的干扰抑制。与此同时，结合多用户、多小区网络协调以及跨层协同优化等
33、手段，实现系统级的多用户、多小区动态干扰协调。基本研究思路如图2所示：图2 研研究内容容基本框框图下面分别别从以下下三个方方面展开开研究：一、多用用户、多多小区协协同传输输技术研研究这部分研研究以充充分发挥挥多天线线与多基基站的空空间自由由度优势势为基础础，从物物理层上上研究解解决全复复用、基基站多天天线、非非正交多多址情形形下小区区间干扰扰抑制问问题。具具体研究究内容如如下：1、多小小区、多多天线基基站协同同通信系系统的极极限传输输速率研研究本部分研研究内容容是本课课题的理理论基础础，通过过分析多多小区、多多天线基基站协同同通信系系统的信信息论速速率有助助于我们们理解系系统的极极限性能能及其
34、随随关键参参数的缩缩放规律律，并为为设计次次优传输输策略提提供指导导。我们们将充分分借鉴现现有的相相关工作作和数学学工具，如如高斯信信道上下下行链路路的对偶偶性、WWyneer小区区模型，大大Toeepliitz矩矩阵分析析，随机机矩阵理理论及极极限分析析等，先先从简单单模型入入手（如如Wynner模模型或其其更精简简形式），在在获得相相应结果果后再处处理更一一般的情情况。2、基站站间干扰扰抑制研研究由于最优优的污纸纸编码（DDPC）传传输策略略的编译译码复杂杂度太高高及对信信道信息息精度的的要求也也太严苛苛而使得得其实用用性很低低，因此此我们需需要研究究设计出出更为简简单可行行且性能能也较好
35、好的次优优策略。对对于单基基站MIIMO系系统下行行链路较较为常用用的次优优传输策策略有迫迫零波束束成型、随随机正交交波束成成型、广广义空分分多址（SSDMAA）传输输等，理理论上它它们都可可以移植植到多基基站虚拟拟MIMMO协作作系统中中，但由由于大尺尺度衰落落及阴影影衰落的的影响，多多基站虚虚拟MIIMO协协作系统统的不同同信道矩矩阵元素素的统计计特性往往往呈现现出较大大的差异异，因此此单基站站MIMMO系统统下行链链路中基基于信道道同质假假设的用用户调度度策略以以及传输输方案都都需要进进行相应应的调整整和修正正才能适适用于新新的异质质信道情情形。3、低复复杂度的的受限信信道反馈馈方案研研
36、究基站端的的信道状态态信息对对于实现现多天线线、多小小区间的的协作具具有举足足轻重的的作用，但但其信道道信息的的反馈任任务较之之单小区区MIMMO下行行链路要要更为困困难一些些（理想想情况下下，每个个基站都都需要获获得其与与所有合合作小区区内用户户的信道道信息），因因此如何何尽可能能减小信信道反馈馈开销就就是一个个显得非非常迫切切的问题题，现有有单基站站MIMMO系统统下行链链路中用用以减小小反馈开开销的技技术主要要有阈值值反馈、函函数反馈馈（如正正交随机机波束成成型系统统中的SSINRR反馈）等等，我们们的任务务之一便便是借鉴鉴这些技技术并将将其推广广至分布布式MIIMO环环境，另另外我们们
37、需要分分析信道道信息反反馈精度度对于系系统性能能的影响响，这样样我们可可以了解解反馈开开销随信信噪比、用用户数以以及天线线数等关关键参数数的增长长规律。4、多天天线、多多小区协协同通信信系统同同步问题题研究同步问题题是多小小区协作作通信系系统必然然要面对对的一个个问题，事事实上，由由于移动动终端与与基站间间的距离离随用户户的不同同以及基基站的不不同都可可能存在在差异，因因此，即即使通过过时间提提前机制制我们可可以使得得所有基基站的信信号都在在同一时时刻到达达某一用用户（考考虑下行行链路），但但要使它它们在其其它用户户处也同同时到达达则非常常困难。由由于基站站的分布布性而使使异步问问题难以以消除
38、，为为此，我我们提出出通过信信号处理理方法来来尽可能能减小其其影响,使得各各基站传传播到用用户的信信号时差差处在分分集接收收技术能能处理的的范围，基基本思想想是在进进行发射射预编码码时，将将异步接接收带来来的干扰扰事先予予以考虑虑而设计计相应较较优的预预编码矢矢量，本本课题的的一个重重要研究究工作便便是针对对不同的的性能准准则（如如信干噪噪比最大大、MSSE最小小或总速速率最大大等）设设计出不不同的预预编码方方案。二、多用用户、多多小区网网络协调调技术研研究在基站物物理层上上采用协协同工作作方式可可以提高高小区的的干扰抑抑制效果果，但是是仅仅通通过物理理层的干干扰抑制制技术还还不能完完全解决决
39、多小区区动态干干扰协调调问题，还还需要在在小区间间合理分分配资源源，从而而减少小小区间的的干扰。为为了实现现上述目目标，我我们拟在在网络协协议架构构、动态态多用户户协同调调度、多多小区流流量负载载动态协协同控制制这三个个关键方方向开展展深入研研究。1. 多用户、多多小区协协同网络络协议架架构设计计传统的移移动通信信系统虽虽然在基基站端也也引入了了分层协协议的概概念，但但是各协协议层相相对来说说简单、独独立，并并且各基基站相互互间缺乏乏协调功功能，而而本课题题需要在在网络层层面上进进行动态态干扰协协调，因因此在这这种分布布式通信信系统中中，从顶顶层上设设计一个个能有效效支撑协协同传输输和动态态干
40、扰协协调的网网络协议议架构至至关重要要。在图1所所示的通通信系统统中，我我们将采采用网络络分层优优化分解解方法对对基站协协议进行行优化设设计。以以NUMM（Neetwoork Utiilitty MMaxiimizzatiion）问问题的优优化为基基础，对对该问题题所构建建的效用用函数进进行垂直直分解，则则问题分分解后的的每个子子问题对对应相应应的协议议层，通通过拉格格朗日对对偶函数数建立各各层间的的接口函函数，再再对每层层的子问问题进一一步分解解为功能能模块，然然后通过过水平分分解方式式将各功功能模块块展开成成网络中中各节点点（或基基站）间间的分布布式计算算或控制制机制。2. 多用户、多多小
41、区协协同调度度研究本课题提提出的基基于协同同工作的的多用户户、多小小区动态态干扰协协调基本本思想是是将原先先各基站站只面向向本小区区用户传传输的业业务流，通通过基站站间链路路层合理理的协同同用户调调度，共共同为小小区边缘缘区域用用户发送送业务流流，此时时小区边边缘用户户可以同同时接收收到多个个基站发发送的业业务流。因此，如如何在相相邻小区区基站链链路层实实现合理理的跨小小区协同同调度是是本课题题的关键键之一。在用户调度方面，由于处于小区边缘区域用户的通信是基于协作机制完成的，其无线资源调度需要采用多小区协作资源调度，而处于非小区边缘用户，由于通常不采用协作机制，其资源调度方法与小区边缘用户的资
42、源调度方法不同。因此，我我们将多多小区中中的用户户分成两两类用户户集。一一类是非非协同用用户集，主主要包括括离基站站较近且且处于非非小区边边缘的用用户，另另一类是是协同用用户集，它它是由处处于小区区边缘区区域的用用户所构构成的集集合。考考虑到用用户的移移动性，需需要研究究用户在在这两类类用户集集间的切切换和动动态分类类问题，建建立合理理的用户户效用函函数评估估模型，分分析多小小区内所所有用户户的整体体增益性性能，在在此基础础上设计计用户在在这两类类用户集集间的动动态分类类和资源源调度方方案。对对于协同同用户集集内的用用户，需需要研究究多个基基站对用用户的协协同资源源调度问问题，这这就需要要设计
43、多多基站到到多用户户间的多多对多映映射矩阵阵，使所所有用户户的干扰扰协调效效果整体体最优。考考虑到用用户的移移动性以以及各基基站到不不同用户户信道的的时变性性，对一一个完备备的多变变量随机机矩阵优优化求解解的难度度将是非非常大的的。因此此如何设设计这类类多变量量矩阵使使其优化化可解，并并通过合合理的形形式进行行简化运运算使多多小区协协作调度度算法具具有较低低的复杂杂度也是是本课题题研究的的关键问问题。3. 多用户、多多小区流流量协同同控制研研究本课题所所研究的的核心目目标是实实现多用用户、多多小区动动态干扰扰协调，而而传统的的分布式式流量控控制是以以提高网网络容量量为最高高标准，在在下一代代移
44、动通通信网络络中如果果直接采采用这类类技术也也许可以以提高网网络的容容量，但但是往往往会导致致小区边边缘的用用户干扰扰较大，用用户服务务质量出出现大幅幅降低，因因此在通通过协同同工作提提高网络络容量时时，必须须以多小小区的动动态干扰扰协调为为约束。为为此我们们提出以以用户调调度函数数和干扰扰协调函函数间的的约束关关系为纽纽带，基基于向量量场和PPoinncarre-HHopff指数定定理理论论建立流流量负载载平衡函函数组，以以此为基基础设计计多小区区间的协协同流量量控制机机制，在在保障小小区边缘缘用户QQoS和和网络负负载平衡衡前提下下，优化化网络容容量。其其中，如如何保证证在上述述约束条条件
45、下存存在流量量平衡的的最优解解，以及及这个最最优解在在迭代计计算时是是可收敛敛的，都都是其中中的关键键基础问问题，而而在获得得收敛最最优解的的基础上上设计具具有低复复杂度的的次优分分布式流流量控制制算法也也是一个个极具挑挑战的技技术问题题。三、多小小区基站站跨层协协同控制制技术研研究基站物理理层的协协同干扰扰抑制和和链路层层的动态态干扰协协调都是是以多小小区间的的协同通通信为基基础，这这种协同同通信一一方面需需要反馈馈所有用用户信道道信息，另另一方面面需要额额外的协协同信令令开销，过过多的反反馈和信信令开销销将导致致网络效效率的严严重降低低，甚至至超过协协同所带带来的增增益。因因此我们们拟以跨
46、跨层设计计技术为为基础，实实现多小小区基站站间物理理层和链链路层协协同信息息的共享享，减少少小区间间冗余协协同信息息，提高高基站协协同控制制效率，优优化基站站间的资资源分配配。具体体拟开展展以下研研究：1、 多小区基基站跨层层协同控控制技术术研究传统的跨跨层设计计是以提提高单个个通信实实体内的的处理效效率为核核心，而而本课题题所研究究的环境境是一种种多用户户、多小小区分布布式协同同通信网网络，该该网络将将相邻小小区内的的多个基基站天线线看作是是一个统统一的虚虚拟MIIMO阵阵列，然然而要实实现多基基站虚拟拟MIMMO阵列列协同传传输，需需要反馈馈整个虚虚拟MIIMO信信道的状状态信息息，如果果
47、分别在在不同协协议层提提供这些些信息以以支持协协同工作作，会导导致网络络的大量量资源被被用于非非数据传传输，降降低了网网络在处处理动态态干扰协协调时的的效率。为为了减少少这种协协同工作作所导致致的额外外开销，我我们拟开开展以下下两方面面的研究究：1）多多小区基基站间跨跨层协同同信息共共享研究究；2）多多小区基基站间跨跨层协同同控制技技术研究究。2、 多小区基基站跨层层协同资资源分配配技术研研究目前的动动态资源源分配技技术能够够根据信信道和干干扰情况况的变化化自适应应分配无无线资源源。本课课题中资资源分配配不仅要要考虑信信道和干干扰的时时变性，还还需要考考虑多用用户、多多小区间间的协同同，简单单
48、的单基基站跨层层资源分分配方式式不能满满足协同同网络动动态干扰扰协调要要求。这这种情况况下的资资源分配配是一个个信道、干干扰、协协同信息息联合变变化下的的分布式式多基站站动态跨跨层资源源优化问问题，这这类问题题往往是是较复杂杂的非线线性优化化问题，面面临着全全局搜索索最优解解计算量量非常庞庞大的问问题。拟解决的的技术难难点1、 多用户、多多小区协协同通信信系统中中低复杂杂度的次次优传输输方案由于最优优的污纸纸编码（DDPC）传传输的编编译码复复杂度太太高及对对信道信信息精度度的要求求太严，其其可实用用性非常常低。因因此，设设计低复复杂度和和高鲁棒棒性的协协作传输输方案是是其中的的关键技技术难点
49、点，这主主要包括括信道异异质条件件下的用用户调度度策略以以及线性性预编码码方案的的设计；基站间间基于用用户调度度与功率率资源分分配的协协同传输输设计，尤尤其是在在基站同同时支持持多个用用户的情情形下。2、 多小区协协同通信信系统同同步方案案多小区协协同通信信系统中中存在两两方面的的同步，其其一是基基站间的的同步，其其二是基基站与终终端用户户间的同同步，如如果多个个协作基基站到达达终端用用户间的的时延不不同，则则基站间间的同步步问题和和基站与与终端用用户间的的同步问问题相互互矛盾。本本课题提提出以基基站间的的同步为为主，基基站到终终端用户户间的同同步为辅辅协调多多小区间间干扰，在在这种模模式下如如何设计计合理的的预编码码同步方