羅 巍，郭愛(ài)煌，譚維鍇

（同濟(jì)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，上海201804）

異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下的改進(jìn)校準(zhǔn)方案

羅 巍，郭愛(ài)煌，譚維鍇

（同濟(jì)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，上海201804）

異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中通過(guò)不同節(jié)點(diǎn)的協(xié)同多點(diǎn)傳輸進(jìn)行協(xié)同波束賦形，可以消除小區(qū)間干擾，而系統(tǒng)得到信道信息的準(zhǔn)確性直接影響協(xié)同波束賦形的性能。提出了一種基于校準(zhǔn)矩陣法異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下的改進(jìn)校準(zhǔn)方案，無(wú)需系統(tǒng)測(cè)量影響信道互易性的增益因子，突破常見(jiàn)優(yōu)化校準(zhǔn)矩陣算法對(duì)收發(fā)端天線(xiàn)數(shù)目的約束。通過(guò)鏈路級(jí)仿真和先進(jìn)的長(zhǎng)期演進(jìn)技術(shù)下的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)級(jí)仿真對(duì)該方案進(jìn)行仿真驗(yàn)證，仿真結(jié)果表明該方案能夠有效地恢復(fù)時(shí)分雙工系統(tǒng)的信道互易性，修復(fù)系統(tǒng)的誤碼率以及吞吐量性能。

無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)；改進(jìn)校準(zhǔn)方案；校準(zhǔn)矩陣法；異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)

0 引 言

在長(zhǎng)期演進(jìn)技術(shù)（long term evolution-advanced，LTE-Advanced）研究中，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)以其能夠擴(kuò)大覆蓋范圍并支持熱點(diǎn)地區(qū)高速率傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)成為研究熱點(diǎn)［1］。異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)是指在既存的宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)中分布了如遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)節(jié)點(diǎn)（remote radio heads，RRH）、微微微小區(qū)（picocell）、家庭小區(qū)（femtocell）或中繼（relay）等低功率節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。通過(guò)設(shè)置這些低功率的小區(qū)來(lái)緩解宏基站負(fù)荷、改善室內(nèi)覆蓋和小區(qū)邊緣用戶(hù)服務(wù)體驗(yàn)以及更有效地提升頻率資源使用率［2］。

異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)是目前各個(gè)運(yùn)營(yíng)商所積極推動(dòng)并部署的網(wǎng)絡(luò)方式，是未來(lái)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的趨勢(shì)。然而正因?yàn)楫悩?gòu)網(wǎng)絡(luò)中大量不同基站和節(jié)點(diǎn)共存并使用相同的頻率段，所以小區(qū)間同頻干擾問(wèn)題十分嚴(yán)重。如果無(wú)法解決異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的同頻干擾問(wèn)題，將無(wú)法體現(xiàn)其優(yōu)越性，甚至可能產(chǎn)生反效果。

在消除低功率小區(qū)邊緣用戶(hù)受到的小區(qū)間干擾方面，主要有第三代合作伙伴計(jì)劃（third generation partnership project，3GPP）提出的增強(qiáng)小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術(shù)（enhanced intercell interference coordination，eICIC）中的幾乎空白子幀（almost blank subframe，ABS）方案［3］和協(xié)同多點(diǎn)（coordinated multiple points，Co MP）傳輸方案。

Co MP方案通過(guò)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中不同的基站和節(jié)點(diǎn)的協(xié)作，基于各協(xié)作點(diǎn)對(duì)用戶(hù)數(shù)據(jù)信息和信道狀態(tài)信息不同程度的共享，通過(guò)協(xié)同波束賦形或預(yù)編碼將原本來(lái)自相鄰小區(qū)的干擾信息轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏眯畔ⅲ瑥亩^(qū)間干擾［45］。

在時(shí)分雙工（time division duplexing，TDD）系統(tǒng)中，通常利用上下行信道的互易性來(lái)獲取信道信息。然而實(shí)際系統(tǒng)中，上下行信道往往并不對(duì)稱(chēng)。影響互易性的因素很多。其中較常見(jiàn)的一類(lèi)是因射頻器件的非理想性而導(dǎo)致的射頻增益不對(duì)稱(chēng)和同相／正交（in-phase／quadrature-phase，IQ）不平衡，兩者都會(huì)損壞信道的互易性，降低波束賦形等技術(shù)的應(yīng)用性能，因此需要對(duì)信道互易性進(jìn)行校準(zhǔn)恢復(fù)［6-7］。

校準(zhǔn)矩陣法是一種常見(jiàn)的信道校準(zhǔn)方法［8］，然而其要求系統(tǒng)準(zhǔn)確測(cè)量非理想增益因子。因此，許多次優(yōu)解的方案被提出［910］。這些方案通常要求收發(fā)端的天線(xiàn)數(shù)量一致，然而在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，由于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膹?fù)雜性，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)收發(fā)端天線(xiàn)數(shù)量不一致的情形［11］。

本文提出一種基于校準(zhǔn)矩陣法的改進(jìn)的校準(zhǔn)方案。該方案不需要系統(tǒng)策略非理想增益因子，也對(duì)收發(fā)端天線(xiàn)數(shù)量沒(méi)有要求，能夠廣泛適用于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的場(chǎng)景。分別通過(guò)鏈路級(jí)仿真和系統(tǒng)級(jí)仿真驗(yàn)證該方案的性能。

1 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下的協(xié)同波束賦形

1.1 系統(tǒng)模型

考慮如圖1所示的一個(gè)TDD異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景，由L個(gè)微微小區(qū)共存于一個(gè)宏小區(qū)中，各小區(qū)使用相同頻率載波。系統(tǒng)中共有K個(gè)用戶(hù)。其中，KM個(gè)宏小區(qū)用戶(hù)（macrocell user equipment，MUE）分布于整個(gè)宏小區(qū)；在第l（l≤L）個(gè)微微小區(qū)中，KPC，l個(gè)微微小區(qū)中心用戶(hù)（picocell center user equipment，PCUE）分布于該微微小區(qū)基本覆蓋區(qū)域（中心區(qū)域），KPE，l個(gè)微微小區(qū)邊緣用戶(hù)（picocell edge user equipment，PEUE）分布于該微微小區(qū)擴(kuò)展覆蓋區(qū)域（邊緣區(qū)域）。設(shè)宏基站配置NM根天線(xiàn)，微微小區(qū)基站配置NP根天線(xiàn)，而第k（k≤K）個(gè)MUE配置NR，M，k根天線(xiàn)，第k（k≤K）個(gè)MUE配置NR，P，k根天線(xiàn)。

圖1 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模型

通常用戶(hù)設(shè)備（user equipment，UE）選擇服務(wù)歸屬基站時(shí)是通過(guò)UE所測(cè)量的參考信號(hào)接收功率（reference signal received power，RSRP）來(lái)決定的，即該UE選擇被其接收到的最強(qiáng)的RSRP來(lái)源基站服務(wù)。為了緩解宏小區(qū)的負(fù)荷，也為了降低宏小區(qū)和微微小區(qū)之間的強(qiáng)干擾，微微小區(qū)范圍擴(kuò)展（range extension，RE）技術(shù)被廣泛應(yīng)用［12］。即通過(guò)增加微微微小區(qū)基站RSRP補(bǔ)償量來(lái)擴(kuò)展微微微小區(qū)的覆蓋范圍。微微小區(qū)在RE后，其服務(wù)的用戶(hù)就分為PCUE、PEUE兩類(lèi)。PCUE受到來(lái)自宏基站的干擾較小，一般是微微小區(qū)中心范圍用戶(hù)。PEUE一般是微微小區(qū)邊緣用戶(hù)，其被劃分為微微小區(qū)用戶(hù)是因?yàn)槠涫盏絹?lái)自微微小區(qū)基站的RSRP在增加補(bǔ)償量后，大于來(lái)自宏基站的RSRP。也正因如此，這些PEUE會(huì)受到宏基站很大的干擾。

1.2 協(xié)調(diào)波束賦形方案

一種解決PEUE所受到的小區(qū)間干擾問(wèn)題的方法是Co MP方案，即宏基站和微微小區(qū)通過(guò)協(xié)作波束賦形消除干擾并提升傳輸速率。

此時(shí)在整個(gè)系統(tǒng)中，宏小區(qū)調(diào)度到單個(gè) MUE，設(shè)該MUE為第k個(gè)MUE；L個(gè)微微小區(qū)各自調(diào)度到單個(gè)PEUE。設(shè)宏基站的發(fā)射功率為PM，第l個(gè)微微小區(qū)基站的發(fā)射功率為PPl，則該MUE與宏基站之間的信道為一個(gè)NR，M，k×NM維度的矩陣該MUE與L個(gè)微微小區(qū)基站之間的信道為NR，M，k×L NP的矩陣HP，MUE＝

該MUE與所有基站之間的信道可表示為

同樣，在第l個(gè)微微小區(qū)內(nèi)的PEUE與宏基站之間的信道為一個(gè)NR，P，l×NM維度的矩陣該P(yáng)EUE與L個(gè)微微小區(qū)基站的信道為一個(gè)NR，P，l×LNP的矩陣，可表示為

則該第l個(gè)PEUE與所有基站之間的信道為

此時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)共調(diào)度了L＋1個(gè)用戶(hù)，即一個(gè)MUE和來(lái)自L(fǎng)個(gè)微微小區(qū)基站的L個(gè)PEUE。即此時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的用戶(hù)總數(shù)K＝L＋1。則整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)作信道可表示為

在這里定義~Hk（k≤L＋1）為第個(gè)用戶(hù)的干擾信道集，表示為

此時(shí)，可以根據(jù)系統(tǒng)的信道信息來(lái)計(jì)算協(xié)同波束賦形矩陣。常用的波束賦形算法有基于信干噪比（signal to interference plus noise ratio，SINR）的塊對(duì)角化（block diagonalization，BD）算法，基于信漏噪比（signal to leakage plus noise ratio，SLNR）的算法。由于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下天線(xiàn)配置并不統(tǒng)一，而B(niǎo)D算法要求發(fā)射端天線(xiàn)數(shù)不小于接收端天線(xiàn)數(shù)；并且SLNR算法額外考慮了噪聲，更適合于多用戶(hù)多流傳輸，所以這里采用SLNR算法進(jìn)行波束賦形。

根據(jù)文獻(xiàn)［13］的結(jié)論，第k個(gè)用戶(hù)的最優(yōu)波束賦形矩陣為

如果對(duì)該用戶(hù)需傳輸NR，k個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)流，則所求的最優(yōu)波束賦形矩陣Fk即是對(duì)應(yīng)矩陣組合的NR，k個(gè)最大特征值的特征向量。

以Sk（k≤L＋1）代表系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)發(fā)送給此時(shí)所調(diào)度的第k個(gè)用戶(hù)的數(shù)據(jù)信息表示系統(tǒng)所需發(fā)射的數(shù)據(jù)信息。則此時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)射信號(hào)可表示為

此時(shí)系統(tǒng)所調(diào)度的第k個(gè)用戶(hù)的接收信號(hào)可表示為

式中，等式右邊第1項(xiàng)代表該用戶(hù)所應(yīng)該接收的數(shù)據(jù)信息；第2項(xiàng)為干擾信息；第3項(xiàng)為熱噪聲。用戶(hù)端可以采用最小均方誤差（minimum mean square error，MMSE）接收機(jī)來(lái)接收處理信號(hào)。

2 射頻增益不對(duì)稱(chēng)與I／Q不平衡

2.1 射頻增益不對(duì)稱(chēng)

對(duì)于射頻增益不對(duì)稱(chēng)帶來(lái)的信號(hào)幅度和相位影響，可用一個(gè)復(fù)增益因子矩陣P表示［9］為

式中，N表示該端的天線(xiàn)數(shù)目；αn和eiθn（n＝1，…，N）分別為幅度增益因子和相位增益因子。幅度增益和相位增益相互獨(dú)立。用PBT和PBR分別表示基站端的發(fā)射和接收復(fù)增益矩陣，用PUT和PUR分別表示用戶(hù)端的發(fā)射和接收復(fù)增益矩陣，則系統(tǒng)中下行估計(jì)等效信道和上行估計(jì)等效信道可以表示為

通常，幅度誤差服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，即lnα～N（0，δ2）；而相位偏差則在一定角度范圍內(nèi)的均勻分布，即θ～U（－φ， φ）［10，14］。

2.2 I／Q不平衡

射頻器件的非理想性的另外一個(gè)重要因素就是I／Q不平衡。在理想情況下，信號(hào)的同相支路和正交支路應(yīng)該是幅度一致、相位正交的，然而由于射頻失真的原因產(chǎn)生了幅度和相位偏差。

對(duì)于I／Q不平衡帶來(lái)的信號(hào)幅度和相位影響，可以用一個(gè)復(fù)增益因子矩陣Q來(lái)表示。發(fā)射端和接收端的復(fù)增益因子矩陣QT、QR分別表示為［10］

式（10）和式（11）中，NT、NR分別表示作為發(fā)射端和接收端時(shí)的天線(xiàn)數(shù)目；τ、ε和φ分別表示功率歸一化因子、幅度誤差因子和相位誤差因子。則系統(tǒng)中存在I／Q不平衡時(shí)下行估計(jì)等效信道和上行估計(jì)等效信道可以表示為

2.3 射頻非理想性對(duì)Co MP性能的影響

比較式（9）和式（12），可以看出射頻增益不對(duì)稱(chēng)和I／Q不平衡對(duì)互易性的影響形式相似。而在實(shí)際的射頻電路中，兩者是同時(shí)存在的。因此，同時(shí)考慮射頻增益不對(duì)稱(chēng)和I／Q不平衡，則上下行等效估計(jì)信道可表示為

令CUR＝QURPUR、CBT＝QBTPBT、CBR＝QBRPBR及CBR＝ QBRPBR，則式（13）可改寫(xiě)為

以SLNR波束賦形算法為例，基站根據(jù)所獲取的上行等效信道HTU計(jì)算波束賦形矩陣。當(dāng)?shù)趉個(gè)用戶(hù)采用式（5）的波束賦形矩陣Fk時(shí)，第k個(gè)用戶(hù)的SINR可以表示為

設(shè)此時(shí)用于該用戶(hù)傳輸?shù)膸挒锽k，則該用戶(hù)的信道容量為

則此時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的信道容量為

3 改進(jìn)的校準(zhǔn)矩陣校準(zhǔn)方案

由于射頻增益不對(duì)稱(chēng)和I／Q不平衡給上下行信道狀態(tài)信息的估計(jì)帶來(lái)了嚴(yán)重的幅度誤差和相位誤差，損壞了TDD系統(tǒng)的信道互易性，降低了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的波束賦形等技術(shù)的應(yīng)用性能，因此需要對(duì)信道互易性進(jìn)行補(bǔ)償恢復(fù)。由于射頻器件的變化通常非常緩慢，因此可以在一次通信過(guò)程之前進(jìn)行一次信道校準(zhǔn)恢復(fù)信道互易性，之后的通信過(guò)程認(rèn)為信道射頻特性不變。

3.1校準(zhǔn)矩陣法

校準(zhǔn)矩陣法通過(guò)在發(fā)射端對(duì)發(fā)送信號(hào)進(jìn)行預(yù)校準(zhǔn)，使得上下行等效信道互易。圖2為校準(zhǔn)矩陣法校準(zhǔn)模型，圖2中KD表示下行校準(zhǔn)矩陣，ΚU表示上行校準(zhǔn)矩陣。

圖2 校準(zhǔn)矩陣法校準(zhǔn)模型

需恢復(fù)HD＝HTU的信道互易性，即要求：

由于CBT、CUT均為方陣，根據(jù)矩陣論［15］，則一定能夠滿(mǎn)足式（17）的KD、KU為

3.2 改進(jìn)的校準(zhǔn)矩陣校準(zhǔn)算法

根據(jù)校準(zhǔn)矩陣法，以式（19）的KU、KD進(jìn)行預(yù)校準(zhǔn)，即能恢復(fù)信道的互易性。然而在實(shí)際系統(tǒng)中，系統(tǒng)無(wú)法分離和測(cè)量估計(jì)非理想復(fù)增益矩陣C＝QP的值，也就無(wú)法獲得精確的校準(zhǔn)矩陣［16］。文獻(xiàn)［4］提出，可通過(guò)設(shè)KU或KD為單位矩陣的方法對(duì)式（18）求解，從而得到上下行校準(zhǔn)矩陣。然而該種方法的局限性是基站端和UE端的天線(xiàn)數(shù)必須相等，否則將無(wú)法求解。在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，由于不同基站和節(jié)點(diǎn)的天線(xiàn)配置不盡相同，并且不同節(jié)點(diǎn)協(xié)同波束賦形時(shí)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)發(fā)射端和接收端天線(xiàn)數(shù)不相等的情況，所以該方法并不具有廣泛適用性。

本節(jié)提出一種改進(jìn)的校準(zhǔn)矩陣校準(zhǔn)方案來(lái)恢復(fù)信道互易性，該方案不需要系統(tǒng)分離和測(cè)量非理想復(fù)增益矩陣，并且對(duì)基站端和UE端的天線(xiàn)數(shù)目沒(méi)有要求。

首先設(shè)KD為單位矩陣，則式（18）的信道互易條件可改寫(xiě)為

考慮到在多用戶(hù)多輸入多輸出系統(tǒng)（multi-user multiple input and multiple output，M U-MIMO）中，UE天線(xiàn)數(shù)NR，k不可能大于基站天線(xiàn)數(shù)NT，也就是說(shuō)基站對(duì)于第k個(gè)UE的下行等效信道矩陣HD的行維數(shù)不可能大于列維數(shù)，上行等效信道矩陣HU的列維數(shù)不可能大于行維數(shù)。因此設(shè)~HU為HU的偽逆矩陣，由于HU的列維數(shù)小于或等于行維數(shù)，根據(jù)矩陣論知識(shí)［15］，有

則式（21）可改寫(xiě)為

由于在實(shí)際系統(tǒng)中，基站能夠估計(jì)到上行等效信道HU，也能夠計(jì)算得到下行等效信道HD，所以基站能夠計(jì)算出式（21）中KU的值。

將式（22）代入式（20），互易性條件變?yōu)?/p>

根據(jù)矩陣論的結(jié)論［10］，由于HU的列維數(shù)小于或等于行維數(shù)，所以當(dāng)收發(fā)端天線(xiàn)數(shù)目不相等時(shí)，HU右乘~HU則失去數(shù)學(xué)意義，所以以KU＝~HUHTD、KD＝INT為上下行校準(zhǔn)矩陣的方法并不能滿(mǎn)足式（18）的信道互易性條件。

因此，將式（22）等式兩邊同時(shí)左乘HU，可以看出該矩陣乘法是有意義的，即

對(duì)式（24）進(jìn)行如式（25）所示變換。

根據(jù)式（25）重新設(shè)計(jì)校準(zhǔn)模型，得到新的上下行校準(zhǔn)矩陣為

以式（26）的校準(zhǔn)矩陣進(jìn)行預(yù)校準(zhǔn)，即能滿(mǎn)足式（18）的信道互易性條件。

以單個(gè)基站與單個(gè)UE之間的信道校準(zhǔn)為例，具體校準(zhǔn)步驟如下：

步驟1 基站向UE發(fā)送校準(zhǔn)命令，初始化校準(zhǔn)過(guò)程；

步驟2 UE向基站發(fā)送SRS信號(hào)，基站通過(guò)信道估計(jì)得到上行等效信道HU；

步驟3 基站向UE發(fā)送導(dǎo)頻信號(hào)（sounding reference signal，SRS）信號(hào)，UE通過(guò)信道估計(jì)得到下行等效信道HD并發(fā)送給基站；

步驟4 基站通過(guò)HU計(jì)算其偽逆矩陣，通過(guò)HD計(jì)算上行校準(zhǔn)矩陣計(jì)算下行校準(zhǔn)矩陣KD＝基站將KU發(fā)給UE；

步驟5 校準(zhǔn)后的信道狀態(tài)信息（channel state information，CSI）可用作波束賦形。即基站使用（HUKU）T作為上行信道進(jìn)行波束賦形，UE可使用HDKD作為下行信道進(jìn)行解波束賦形。

4 仿真分析

4.1 鏈路級(jí)仿真

本節(jié)對(duì)LTE-Advanced下行MU-MIMO場(chǎng)景進(jìn)行了鏈路級(jí)建模和仿真。仿真分析了射頻增益不對(duì)稱(chēng)和I／Q不平衡對(duì)SLNR性能的影響，同時(shí)驗(yàn)證了本文提出的改進(jìn)的校準(zhǔn)矩陣校準(zhǔn)方案在系統(tǒng)誤碼率性能和信道容量性能上的提升。本節(jié)所進(jìn)行的鏈路級(jí)仿真的部分仿真參數(shù)如表1所示。仿真中配置8根天線(xiàn)的基站同時(shí)服務(wù)于兩個(gè)各配置4根天線(xiàn)的UE，即進(jìn)行雙用戶(hù)四流波束賦形傳輸。

表1 鏈路級(jí)仿真參數(shù)

4.1.1 誤碼率性能仿真對(duì)比

圖3為誤碼率性能對(duì)比圖。比較了理想互易信道下、非理想互易信道下以及在非理想互易信道下采用改進(jìn)的校準(zhǔn)矩陣校準(zhǔn)方案3種情況的系統(tǒng)誤碼率性能。

圖3 誤碼率性能對(duì)比圖

從圖3中可以看到，非理想互易信道下的誤碼率性能很差，嚴(yán)重偏離了理想信道下的誤碼率性能。這是由于信道互易性被嚴(yán)重破壞，造成系統(tǒng)波束賦形矩陣的精確性缺失，從而導(dǎo)致系統(tǒng)采用該波束賦形矩陣并不能有效地消除用戶(hù)間干擾和噪聲的影響，甚至可能帶來(lái)新的誤差。同時(shí)也表明了本文所提出的改進(jìn)校準(zhǔn)矩陣校準(zhǔn)方案能夠有效地恢復(fù)信道互易性以及恢復(fù)系統(tǒng)誤碼率性能。在誤碼率為10－2時(shí)，僅與理想互易信道下相差1 d B。

4.1.2 信道容量性能仿真對(duì)比

圖4為信道平均容量性能對(duì)比圖。比較了理想互易信道下、非理想互易信道下以及在非理想互易信道下采用改進(jìn)的校準(zhǔn)矩陣校準(zhǔn)方案3種情況的信道平均容量性能。

圖4 信道平均容量性能對(duì)比圖

圖4 明顯表明，非理想互易信道下系統(tǒng)的信道平均容量嚴(yán)重下降，這是由于非理想信道下使用錯(cuò)誤的波束賦形矩陣進(jìn)行波束賦形傳輸，使得下行鏈路處于很低的信干噪比狀態(tài)，從而大幅降低了信道平均容量。同時(shí)，從圖4中也可以觀察到本文所提出的改進(jìn)校準(zhǔn)方案能夠有效的恢復(fù)系統(tǒng)的信道平均容量。

4.2 系統(tǒng)級(jí)仿真

本節(jié)通過(guò)對(duì)圖1的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)仿真，驗(yàn)證本章所提出的改進(jìn)校準(zhǔn)矩陣校準(zhǔn)方案，參數(shù)如表2所示。其中，配置4b（configuration 4b）為3GPP定義的一種UE分布方式，即整個(gè)宏小區(qū)范圍內(nèi)有2／3的用戶(hù)分布在熱點(diǎn)地區(qū)；而空間信道模型擴(kuò)展（spatial channel model extension，SCME）是3GPP提出的適用于LTE-Advanced的信道模型。同時(shí)，為了更好地進(jìn)行對(duì)比，將射頻增益不對(duì)稱(chēng)的非理想誤差因子組合分為5組，如表3所示。

表2 系統(tǒng)級(jí)仿真參數(shù)

表3 非理想誤差因子組合

圖5為某次采樣所產(chǎn)生的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)位置圖，其他采樣過(guò)程中的網(wǎng)絡(luò)位置圖可能有差別。圖5中，圓圈表示以微微基站為圓心，半徑為40 m的熱點(diǎn)地區(qū)。

圖5 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

圖6 為表3中5種組合所得到的系統(tǒng)吞吐量對(duì)比圖，仿真中對(duì)比了理想互易信道、非理想互易信道和在非理想互易信道下使用改進(jìn)的校準(zhǔn)矩陣校準(zhǔn)方案3種情況的系統(tǒng)吞吐量。

圖6 系統(tǒng)吞吐量對(duì)比圖

從圖6中可以看到，非理想互易信道下系統(tǒng)的吞吐量大大低于理想互易信道下的系統(tǒng)吞吐量，這表明信道互易性的損耗給系統(tǒng)性能帶來(lái)了嚴(yán)重的損害。同時(shí)也可以觀察到，本文提出的改進(jìn)的校準(zhǔn)矩陣校準(zhǔn)方案能夠有效地恢復(fù)信道互易性，恢復(fù)系統(tǒng)性能。組合E下，該改進(jìn)校準(zhǔn)矩陣校準(zhǔn)方案對(duì)于系統(tǒng)吞吐量性能的恢復(fù)作用有限，這是因?yàn)樵摻M合中的幅度誤差為5．0 d B，超出了正常射頻器件非理想性所帶來(lái)的幅度增益誤差范圍。

5 結(jié) 論

本文提出了一種基于校準(zhǔn)矩陣法的改進(jìn)校準(zhǔn)算法，其優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)無(wú)需分離測(cè)量射頻器件非理想性產(chǎn)生的復(fù)增益矩陣，并且該改進(jìn)算法對(duì)收發(fā)端的天線(xiàn)數(shù)目沒(méi)有要求，因此能夠適用于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同波束賦形場(chǎng)景。鏈路級(jí)仿真結(jié)果驗(yàn)證了在非理想信道下該改進(jìn)算法在信道平均容量和誤碼率性能上的恢復(fù)，系統(tǒng)級(jí)仿真驗(yàn)證了該算法能夠有效恢復(fù)信道互易性，恢復(fù)系統(tǒng)吞吐量性能。

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Improved calibration method for heterogeneous network

LUO Wei，GUO Ai-huang，TAN Wei-kai
（School of Electronics and Information Engineering，Tongji University，Shanghai 201804，China）

Coordinated multiple points transmission（Co MP）could eliminate the inter-cell interference in heterogeneous network by promoting coordination of different nodes．The performance of Co MP depends heavily on the accuracy of channel information measured．An improved calibration method based on calibration matrix method heteogeneous network is proposed．It works without the measurement of channel impact factors and it avoids restriction of the antennas configuration．The results from simulations of link level simulation and system level simulation of long term evolution-advanced heterogeneous network demonstrated that the proposed method restored the reciprocity of time division duplexing channel and the performance of bit error rate and throughput．

wireless communication technology；improved calibration method；calibration matrix method；heterogeneous network

TN 929．5

A

10．3969／j．issn．1001-506X．2015．04．32

羅 ?。?987-），男，博士，主要研究方向?yàn)楫悩?gòu)網(wǎng)絡(luò)的干擾協(xié)調(diào)。E-mail：empnorway＠hotmail．com

1001-506X（2015）04-0929-07

2014- 03- 14；

2014- 08- 25；網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先出版日期：2014- 11- 07。

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先出版地址：http：／／w ww．cnki．net／kcms／detail／11．2422．TN．20141107．1304．001．html

國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（61331009）；上海市自然科學(xué)基金（12ZR1433900）資助課題

郭愛(ài)煌（1964 ），男，教授，博士，主要研究方向?yàn)閷拵o(wú)線(xiàn)通信、綠色光網(wǎng)絡(luò)。E-mail：tjgah＠tongji．edu．cn

譚維鍇（1987-），男，博士，主要研究方向?yàn)楫悩?gòu)網(wǎng)絡(luò)下的多點(diǎn)傳輸。E-mail：magictwk＠163．com