多點協作系統(tǒng)中異步干擾特性及其預編碼設計

4 性能分析
　在數值模擬中，以一城市多基站協作微蜂窩多用戶系統(tǒng)下行傳輸鏈路為分析對象，如圖1所示。小區(qū)內的多用戶間干擾可通過MIMO-OFDM技術加以解決。為了主要討論小區(qū)間的信號異步干擾，以及分析問題的簡化，考慮的仿真場景為：3個相鄰小區(qū)，分布3個發(fā)射基站和2個接收用戶，基站間的距離為500 m，且每基站發(fā)射天線數和用戶接收天線數目均為2，即M＝3，K＝2，Nt＝2，Nr=2，進一步假設每個基站發(fā)射功率相同，傳輸信道是瑞利平坦衰落的，數據調制采用QPSK方式，符號脈沖為方波且持續(xù)時間Ts為1 μs。
如圖3和圖4所示的性能仿真，對四種情況進行對比分析，即情況(A)：基站間無協作，視鄰近小區(qū)信號為干擾噪聲；情況(B)：多基站協作傳輸，且考慮了到達目標用戶的期望信號和干擾信號間異步特性，但沒有經過處理，視為異步干擾對待；情況(C)：多基站協作傳輸，在充分考慮目標用戶期望信號與來自其他用戶干擾信號的異步傳輸特性基礎上，通過基站端聯合優(yōu)化設計的預編碼矩陣進行預處理以盡量減小異步干擾對系統(tǒng)性能影響；情況(D)：忽略信號傳輸異步特性的理想同步多基站協作傳輸。

　如圖3所示為四種情況下用戶信噪比(Es/No)與系統(tǒng)平均最小均方誤差（MMSE）變化關系；如圖4所示為四種情況下用戶信噪比(Es/No)與系統(tǒng)平均頻譜效率((b/s)/Hz)變化關系。從圖3和圖4可知，理想的多基站同步協作模式獲得的系統(tǒng)均方誤差特性和平均頻譜效率最好，在異步環(huán)境中受制于信號異步干擾影響的多基站協作傳輸所獲得的系統(tǒng)性能明顯降低。但若能進一步考慮系統(tǒng)中的信號傳輸異步特性，并通過一定的預編碼矩陣聯合優(yōu)化設計進行預處理，則可明顯改善系統(tǒng)性能，有利于減小異步干擾信號的影響。
從以上討論可看出，即使在完美的定時提前機制下能保證各協作基站到達目標用戶期望信號是同步的，但在實際應用中，由于不同的路徑傳輸時延，也很難確保來自其他用戶的干擾信號與期望信號同時到達目標用戶，因此在協作多基站聯合向多用戶發(fā)射數據時不可避免地會產生干擾信號傳輸的異步性。相應地，若能在Co-MP系統(tǒng)中充分得知各干擾信號傳輸的時間異步結構，并聯合一定的預編碼優(yōu)化設計準則進行預處理，則可減小異步干擾對系統(tǒng)性能的影響。特別是在高速率數據傳輸情況下，更應全面而充分地考慮協作系統(tǒng)中各信號傳輸的時間異步特性。若系統(tǒng)存在定時提前誤差，則還應進一步考慮定時抖動對目標用戶期望信號的接收影響。此外，在考慮信號傳輸異步特性基礎上如何找到一種低復雜度、高可靠性的預編碼優(yōu)化設計算法，還值得進一步深入研究。
參考文獻
[1] DAVID G, MANSOOR S, SHIU Da Shan,et al. From theory to practice: an overview of MIMO space-time coded wireless system [J]. IEEE J. Select. Areas Commun, 2003,21(3): 281-302.
[2] DAI H, MOLISCH A F, POOR H V. Downlink capacity of interference-limited MIMO systems with joint detection[J].IEEE Trans. Wireless Commun., 2004, 3(2): 442-453.
[3] SOMEKH O, ZAIDEL B M, SHAMAI S. Sum rate characterization of joint multiple cell-site processing[J]. IEEE Tran. on Info. Theory, 2007,53(12):4473-4497.
[4] Further Advancements for E-UTRA Physical Layer Aspects(Release 9)[S]. 3GPP Technical Specification, TR 36.814 V0.4.1, Feb. 2009. [Online]. Available: http://www.3gpp.org.
[5] XIAO Shang Hui, ZHANG Zhong Pei, SHI Zhi Pei. Clustered multi-point coordinating transmission systems with the Reduced Overhead [J]. Journal of Communications. 2010, 5(6):493-500.
[6] Boon Loong Ng, JAMIE S, STEPHEN E, HANLY V,et al. Distributed downlink beamforming with cooperative base stations[J]. IEEE Trans. on Information Theory, 2008,54(12): 5491-5499.
[7] SIMEONE O, SOMEKH O, POOR H V, et al. Downlink multicell processing with limited-backhaul capacity[J].
EURASIP J. on Adv. in Signal Process., Article ID:840814, 2009:1-10.
[8] 肖尚輝, 張忠培, 史治平. 多基站協作下行系統(tǒng)中異步空時碼構造與分析[J]. 電子科技大學學報, 2010,39(3):335-339.
[9] NG B L, EVANS J S, HANLY S V,et al. Transmit beamforming with cooperative base stations[C]. in Proc. IEEE Intl. Symp. Inf. Th., (Adelaide, Australia), 2005:1431-1435.
[10] SPENCER Q H, SWINDLEHURST A L, HAARDT M. Zero-forcing methods for downlink spatial multiplexing in multiuser MIMO channels[J].IEEE Transactions On Signal Processing, 2004, 52(2): 461-471.
[11] SHAO L, ROY S. Downlink multicell MIMO-OFDM: An architecture for next generation wireless networks [C]. in Proc. IEEE WCNC, Mar.2005.
[12] WINDPASSINGER C, FISCHER R F H,VENCEL T,et al. Precoding in multiantenna and multiuser communications[J]. IEEE Trans.Wireless Commun.,2004,3(4):1305-1316.