多小区协同.doc

3.2课题主要研究技术的国内外发展现状与趋势，课题主要研究技术国内外专利申请和授权情况一、课题主要研究技术的国内外发展现状与趋势下一代移动通信系统需要更大的系统带宽，以支持更大的传输速率和系统容量（下行链路达100Mbps，热点区域达到1Gbps），如此高的系统带宽对多小区间的频率复用效率提出了更高的要求，而全频率复用是满足上述需求的有力技术，但是在全频率复用环境下，小区间的干扰会严重影响通信系统的传输速率和用户的服务质量。由于在下一代移动通信系统中普遍采用OFDMA、SC-FDMA等多址接入技术，确保小区内用户之间的正交性，有效地抑制了小区内干扰。小区间干扰就成了未来移动通信系统中的主要干扰源，目前小区间的干扰抑制技术主要分为四类：干扰随机化、干扰消除、干扰协调和宏分集。干扰随机化技术不能降低干扰的能量，但能将干扰随机化为“白噪声”，从而抑制小区间干扰的危害，因此又称为“干扰白化”。干扰随机化的方法包括：加扰、交织多址(IDMA)和跳频等。干扰消除技术是通过在用户端利用处理增益来进行干扰压制的一类技术，干扰消除技术复杂度高、应用条件严格，而且只能消除一些强干扰源，而实际系统中干扰主要是由很多小的干扰叠加在一起产生的，因此这项技术在实际应用中效果有限。干扰协调技术是通过在小区间合理分配资源，尽量使相邻小区间所用资源正交，从而减少小区间的干扰1-8。当前的干扰协调技术研究主要是通过对频谱资源的协调减少干扰，根据资源分配方法的不同,小区间干扰协调技术可分为静态协调、半静态协调和全动态协调三种。静态干扰协调主要包括Ericsson和华为的方案1,2，阿尔卡特方案3,9 等。Ericsson和华为的方案简单明了，信令开销小，效果较好，所以通常作为其他方案的基础。阿尔卡特方案的核心是对小区边缘进行了细分，这使得在确保小区间干扰减少的前提下，小区边缘可用频率大为提高(从l/3提高到6/7)，但由此也带来了对用户位置判定较为敏感的缺点。半静态干扰协调包括Siemens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。在宏分集技术方面西安交大的朱世华教授提出了一种多小区部分宏分集功率控制算法，该算法能有效提高小区边缘地带的容量12。清华大学的姚彦教授详细分析了宏分集对于CDMA 系统容量的影响13。此外北邮的陶小峰、张平、李道本教授提出了一种软分数频率复用方案以进一步提高多小区的频率复用效率14-15，并进而提出了一种支持宏分集策略的软分数频率复用方法用于多小区间的干扰协调，通过OFDM环境下的仿真证明其具有一定的优势16。而本课题拟研究MIMO环境下，通过跨小区用户调度和宏分集技术在全频率复用条件下实现多小区动态干扰协调。除了上述干扰抑制技术外，当前还有两个主要技术也是下一代移动通信系统的重要基础，本课题将结合以下两个技术提出满足下一代移动通信网络多用户、多小区间干扰协调的解决方案。第一个是近十年来得到充分发展的多输入多输出(MIMO)通信技术17,18。它是利用空间资源实现高速率链路传输的一种有效方式，能够在不增加额外频谱和功率的情况下显著增加通信系统的传输速率和可靠性，被公认为是下一代移动通信中的关键技术之一。点到点的多天线传输（MIMO）技术的研究已日趋成熟，它通过获得空间复用增益、分集增益和阵列增益，可以有效地提高频谱有效性、链路可靠性和功率有效性。针对多用户的MIMO通信技术，近几年也有较大的发展，但还不是太成熟，在蜂窝网的框架下简单地通过频分、时分和码分的多址技术将点到点的MIMO通信技术扩展为多用户MIMO通信，并没有充分利用空间资源提高频谱利用率，甚至因多用户间不能协作接收或发射并相互干扰而降低频谱效率。近期发展的MIMO多用户分集技术可较好地改善其性能，但能显著提高其容量的还是有效实现空分多址(SDMA)的多用户MIMO通信技术18，而对此只有针对较少发射天线数的简单实现方案，如基于信道信息(CSI)反馈的多用户MIMO预编码19,20和基于有限反馈的随机多波束形成21-24等，如何进一步提高其干扰抑制效果，这方面的研究还有较多问题要解决。另一个研究进展是协作通信，即通过在传统的蜂窝网中引入基站之间的协作处理来提高系统的频谱利用率以及网络覆盖面。在实际的蜂窝系统中，由于多个用户之间的资源共享以及相邻蜂窝小区之间的频率资源共享，用户通信会受到小区间的干扰，甚至出现一些“死区”。这类小区间干扰问题在多天线MIMO通信系统中尤为重要，因为虽然理论研究表明独立衰落的MIMO信道容量是随收发端较小天线数成倍线性增长，但在实际系统中MIMO技术会由于干扰的原因而极大地限制其性能增益。为了在保证资源共享的同时有效降低小区间干扰，有关学者提出了多基站协作或者分布式基站的解决方法。本课题拟研究的是在MIMO环境下，小区间全频率复用条件下多用户、多小区动态干扰协调问题在网络协议架构和各协议层的解决方案及其关键技术，其中所涉及的多用户MIMO通信技术以及各个层次的干扰协调技术在国内外都有一些分散的局部研究，因此下面按如下标题逐个地介绍它们的国内外研究现状，并对存在的问题和技术难题进行简要的分析。1、多用户、多小区协同通信传输技术研究现状MIMO的提出被认为是通信理论发展史上具有里程碑意义的技术，信息论的推导与相关实验结果都表明25-26：通过在收发端都引入多天线，系统可在不额外增加功率和带宽的前提下实现频谱效率随天线数的线性增长。而不久后的另一个理论结果则给业界带来了更大的信心与热情：对于点对多点链路（或信息论上的广播信道），Viswanath、Jindal、Weingarten等人的工作表明上述点对点链路下的线性增长规律仍然是有效的，即系统的总速率会随基站天线数和移动台天线总数的较小者线性增长27-29。值得注意的是，上述关于MIMO下行链路的结论是在没有考虑小区间干扰的前提下得到的，如果小区间采用全频率复用，则小区间的干扰将使得MIMO系统性能大幅下降。在传统的蜂窝组网中，为了减少小区间干扰，大多采用分数频率复用（常用的复用因子有1/7,1/3等），但从更为积极利用频谱的角度看，采用全复用显然更具吸引力。全复用系统需要解决的问题主要是如何减小因小区间干扰而带来的传输性能恶化问题，尤其对于小区边缘用户。目前已有的商用宽带系统中一般是利用系统固有或人为创造的“干扰平均效应”（即干扰信号的随机性减弱有利于提高接收机的信干噪比）来使干扰问题得到部分缓解（如基于CDMA的IS-95系统和基于跳频OFDMA的Flash-OFDM系统等）。 从更为积极对抗干扰的角度看，还可以采用更为先进的信号处理技术如多用户检测来减小干扰带来的影响（如Dai&Poor30的工作中讨论过的成组MMSE检测、成组串行干扰抵消检测等），但这样处理的一个最大问题便是对接收机（移动终端）的处理复杂度以及对信道状态信息的质量要求都非常高，而且其性能改善主要是体现于接收端拥有多根天线的情形，在接收端为单根天线时其增益甚微。为了更为有效地对抗干扰，最为彻底而根本的办法是“化敌为友” 即将干扰视作有用信号进行处理，这个目标可以通过在基站间引入协作来实现：在理想情况下，多个分散的基站阵列可被看成为一个更大的天线阵列，而中心基站（或调度站）则负责相关小区内所有用户信号的发射与接收（即可以建模为MIMO广播信道与MAC信道）。关于基站间协作的想法尽管在1994年Wyner的一篇文章中26就有提及，但真正引起关注与研究热情则还是近几年的事情，其主要促进因素有二：一是关于MIMO广播信道的信息论研究取得了几项非常重要且令人鼓舞的理论成果27-29，其中以Weingarten等人于2004年确定MIMO高斯广播信道容量区的工作为代表29；另外的原因则是对于高传输速率与高频谱效率的追求在近些年有逐渐增强之势，文献32-33对MIMO广播系统中基于TDMA、ZF预编码和DPC预编码三种不同传输策略进行了深入研究，提出了一种实现复杂度较低的基于信道误差模型的TDMA和迫零预编码的自适应传输方法。关于基站间协作的研究，比较有代表性的工作主要有：Somekh、Shamai等人基于Wyner模型对单天线基站协作系统进行了高斯及衰落信道下的上行与下行总速率分析34，并侧重比较了TDMA与宽带接入（即类似于CDMA的非正交多址）之间、单小区处理与多小区处理之间的性能差异；Aktas、Hanly等人35基于一般对称模型分析了多天线基站协作系统的上行链路（即宏分集）总速率，并发现了与单基站MIMO系统上行信道类似的“资源共享”（resource pooling）现象；另外Jing、Tse36等人考虑简化的Wyner模型，分析了在DPC（污纸编码）策略、ZF策略以及同相传输等几种协作发射方案下各自的下行链路总速率，另外还给出了存在小区边缘与小区内部两类用户时的速率区结果。除了上述基于信号处理的合作，Gesbert等人基于减小实现复杂度的考虑提出了基于资源分配的协作37，即各个基站根据信道状态信息进行用户调度与功率控制，这样通过控制各被调度用户的SINR来实现目标函数（如系统总速率）的优化。在上述关于小区间协作通信的研究中，已有的工作或假设基站为单天线，或假设基站虽有多天线但采取正交多址方式（即在每个小区中仅支持一个用户）。对于前者，基站采用多天线我们以为将是大势所趋，而对于后者，从系统自由度（或复用增益）的角度看，采用非正交多址应当更为高效38-41。因此，我们感兴趣的问题是：在基站多天线、小区内非正交多址（或广义的SDMA）情形下小区协作的极限性能（主要是系统总速率的近似公式以及其关于关键参数的缩放规律）将会如何以及怎样设计其次优策略。其次是以往文献中考虑较少的小区间协作通信在实际应用中的两个问题：一是信道时变性的影响在多小区协作情形下比单小区情形要严重很多，因此最优协作策略的选择与信道时变程度是有着很大关系的；二是由于多基站与多用户的分布特性，实现时域的同步将变得异常困难（具体将在下一部分的研究内容中予以论述），因此评估信号异步所带来的性能下降影响并努力减小之具有十分重要的意义。2、多用户、多小区网络协调技术研究现状本课题中所研究的干扰协调技术主要是通过对跨小区用户进行协调，再利用宏分集接收技术减少小区间的干扰，提高小区边缘用户的QoS。这其中的用户调度技术和流量负载控制技术在国内外已有大量的研究成果，而以协同思想为基础的多用户、多小区改进方案近些年已经受到国外内专家学者的广泛关注。下面就来介绍其国内外研究现状。在移动通信系统中，传统的多用户调度方法主要有轮询调度，最大载干比调度，比例公平调度。其中轮询调度是指基站以相等的时间间隔来调度每个用户, 每个用户占有资源的公平性满足概率最优。但是, 由于没有考虑到不同用户之间信道链路状况的不同, 该算法只带来机会公平,没有保证用户间的容量公平, 造成系统带宽的浪费42。最大载干比调度是指基站在进行资源分配时, 根据不同用户在某个时刻的信道状态, 每次都把资源分配给信道条件最好的用户传输。该算法的优点是使系统吞吐量接近理论的最大值。但是, 由于该算法无法为信道条件差的用户(比如边缘用户)分配资源, 造成该类用户无法发送数据, 最终导致信道条件相对恶劣的用户“饿死”的现象, 用户间的公平性无法保证43。比例公平（PF）调度结合了Round Robin 算法和最大载干比算法各自的优点而产生的。它寻求的是系统吞吐量和用户公平性之间的折衷。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。在移动通信系统中为了实现蜂窝网内的流量负载平衡，主要采用三种技术，即信道指配，地理负载均衡和基于移动速度、方向的流量均衡技术45-49。这些技术主要应用在单小区或单基站条件下，在多小区或多基站中进行流量控制是当前的一个研究前沿。文献50提出了一种前向标识包交换（label switched packet forwarding）结构来控制多个基站间的流量，可以支持一个移动终端和各种基站之间的多条无线链路。文献51强调了在异构网络环境下，一种前摄的基站流量控制策略：Forced Duplicate Acknowledgement (FDA)，它和现有的TCP增强策略（如Snoop 、New Snoop）联合工作时，可以提高网络的吞吐率。文献52 研究了因为实际条件网络硬件一时难以调整的中心站或偶然出现短期话务高峰的低容量站，认为可以采用“软”处理的办法即对基站的Database中的相关参数进行调整，使之在拥塞期间转移基站部分话务到相邻的较闲小区，以提高全网的整体利用率。然而以多小区动态干扰协调为基础的分布式流量控制研究还处于初期阶段，国内外相关的参考资料比较少。3、多小区协同跨层技术研究现状在解决多用户、多小区干扰抑制问题上，根据不同的信道特性和应用业务QoS，无线通信系统在物理层可以MIMO、OFDM、采用迫零波束成型、随机正交波束成型、广义空分多址（SDMA）传输、污纸编码、线性预编码等不同手段进行优化，在链路层可以采用Round Robin轮询调度、最大载干比调度、比例公平调度等不同手段进行优化，这些技术在单个协议层中也许能够带来一定的性能增益，但是将这些技术进行不同组合叠加使用时，却未必能带来预期中的性能增益，甚至反而会使得性能下降，尤其是本课题提出在物理层和链路层都使用协同工作机制，这必然在多基站间带来更多的信息开销，如果依然死板的固守严格的分层界限，会使得整个系统复杂度大幅上升，协同工作带来的额外开销挤占过多的基站资源，最终导致无线网络运行效率直线下降，不能满足实际应用需要。在跨层优化研究中最核心的是信令控制优化和资源分配优化，下面分别就这两方面简要介绍其国内外研究现状。协同控制是实现多用户、多小区动态干扰协调必不可少的组成部分：一方面环境感知需要依据包含信道状况、用户业务和QoS要求等在内的控制信息，另一方面要进行协同传输，用户间的控制信息必不可少。目前链路控制主要有基于SNR(Signal to Noise Ratio)检测，CQI(Channel Quality Indicator)检测和信道信息反馈等方式。反馈的信号主要有MIMO信道状态信息(CSI, Channel State Information)，上行基准信号，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，该方法将空时频编码引入到控制信令的传输中，使得控制信令在传输的过程中,能够同时获得空间、时间和频率分集，从而达到了提高传输可靠性的目的。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。在下一代移动通信系统中MIMO技术起着核心基础的作用，多用户MIMO系统的资源分配与系统的容量紧密相关，无论从MIMO系统本身的体系，还是从其应用上来说，资源分配都是一个很重要的问题。在单小区多用户MIMO系统中一般运用正交空分复用的方法，通过设计合适的发送接收矩阵，把多个用户的联合信道对角化，分解成许多单用户的信道，再运用比特流的功率分配算法以达到很好的系统性能56-57。如果再结合OFDM技术，则MIMO-OFDM系统中，由于具有多种传输策略、情况非常复杂，如何针对不同的传输策略、不同的系统设计目标，确定MIMO-OFDM系统中多用户的动态资源分配策略，就产生了许多有待解决的问题58。上述研究基本集中在单基站条件下，如果上述资源分配在分布式多基站间进行时，并且考虑到小区间动态干扰协调约束，这类问题往往转化为非凸优化问题，面临着全局搜索最优解的计算量非常庞大的问题，通过最优化理论，寻求简单快速的资源分配算法，是现在研究的热点之一。3.3课题主要研究内容、拟解决的技术难点和可能的创新点，及技术风险分析（包括技术障碍、解决途径及风险因素）主要研究内容未来的移动通信系统典型结构是一种分布式多用户、多小区通信系统，如图1所示。基站间通过ROF（Radio Over Fiber）技术互连，各基站采用MIMO多天线技术。 图1 分布式多用户、多小区通信系统本课题拟通过在物理层引入协作通信机制来进行多小区间的干扰抑制，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 研究内容基本框图下面分别从以下三个方面展开研究：一、多用户、多小区协同传输技术研究这部分研究以充分发挥多天线与多基站的空间自由度优势为基础，从物理层上研究解决全复用、基站多天线、非正交多址情形下小区间干扰抑制问题。具体研究内容如下：1、多小区、多天线基站协同通信系统的极限传输速率研究本部分研究内容是本课题的理论基础，通过分析多小区、多天线基站协同通信系统的信息论速率有助于我们理解系统的极限性能及其随关键参数的缩放规律，并为设计次优传输策略提供指导。我们将充分借鉴现有的相关工作和数学工具，如高斯信道上下行链路的对偶性、Wyner小区模型，大Toeplitz矩阵分析，随机矩阵理论及极限分析等，先从简单模型入手（如Wyner模型或其更精简形式），在获得相应结果后再处理更一般的情况。2、基站间干扰抑制研究由于最优的污纸编码（DPC）传输策略的编译码复杂度太高及对信道信息精度的要求也太严苛而使得其实用性很低，因此我们需要研究设计出更为简单可行且性能也较好的次优策略。对于单基站MIMO系统下行链路较为常用的次优传输策略有迫零波束成型、随机正交波束成型、广义空分多址（SDMA）传输等，理论上它们都可以移植到多基站虚拟MIMO协作系统中，但由于大尺度衰落及阴影衰落的影响，多基站虚拟MIMO协作系统的不同信道矩阵元素的统计特性往往呈现出较大的差异，因此单基站MIMO系统下行链路中基于信道同质假设的用户调度策略以及传输方案都需要进行相应的调整和修正才能适用于新的异质信道情形。3、低复杂度的受限信道反馈方案研究基站端的信道状态信息对于实现多天线、多小区间的协作具有举足轻重的作用，但其信道信息的反馈任务较之单小区MIMO下行链路要更为困难一些（理想情况下，每个基站都需要获得其与所有合作小区内用户的信道信息），因此如何尽可能减小信道反馈开销就是一个显得非常迫切的问题，现有单基站MIMO系统下行链路中用以减小反馈开销的技术主要有阈值反馈、函数反馈（如正交随机波束成型系统中的SINR反馈）等，我们的任务之一便是借鉴这些技术并将其推广至分布式MIMO环境，另外我们需要分析信道信息反馈精度对于系统性能的影响，这样我们可以了解反馈开销随信噪比、用户数以及天线数等关键参数的增长规律。4、多天线、多小区协同通信系统同步问题研究同步问题是多小区协作通信系统必然要面对的一个问题，事实上，由于移动终端与基站间的距离随用户的不同以及基站的不同都可能存在差异，因此，即使通过时间提前机制我们可以使得所有基站的信号都在同一时刻到达某一用户（考虑下行链路），但要使它们在其它用户处也同时到达则非常困难。由于基站的分布性而使异步问题难以消除，为此，我们提出通过信号处理方法来尽可能减小其影响,使得各基站传播到用户的信号时差处在分集接收技术能处理的范围，基本思想是在进行发射预编码时，将异步接收带来的干扰事先予以考虑而设计相应较优的预编码矢量，本课题的一个重要研究工作便是针对不同的性能准则（如信干噪比最大、MSE最小或总速率最大等）设计出不同的预编码方案。二、多用户、多小区网络协调技术研究在基站物理层上采用协同工作方式可以提高小区的干扰抑制效果，但是仅仅通过物理层的干扰抑制技术还不能完全解决多小区动态干扰协调问题，还需要在小区间合理分配资源，从而减少小区间的干扰。为了实现上述目标，我们拟在网络协议架构、动态多用户协同调度、多小区流量负载动态协同控制这三个关键方向开展深入研究。1. 多用户、多小区协同网络协议架构设计传统的移动通信系统虽然在基站端也引入了分层协议的概念，但是各协议层相对来说简单、独立，并且各基站相互间缺乏协调功能，而本课题需要在网络层面上进行动态干扰协调，因此在这种分布式通信系统中，从顶层上设计一个能有效支撑协同传输和动态干扰协调的网络协议架构至关重要。在图1所示的通信系统中，我们将采用网络分层优化分解方法对基站协议进行优化设计。以NUM（Network Utility Maximization）问题的优化为基础，对该问题所构建的效用函数进行垂直分解，则问题分解后的每个子问题对应相应的协议层，通过拉格朗日对偶函数建立各层间的接口函数，再对每层的子问题进一步分解为功能模块，然后通过水平分解方式将各功能模块展开成网络中各节点（或基站）间的分布式计算或控制机制。2. 多用户、多小区协同调度研究本课题提出的基于协同工作的多用户、多小区动态干扰协调基本思想是将原先各基站只面向本小区用户传输的业务流，通过基站间链路层合理的协同用户调度，共同为小区边缘区域用户发送业务流，此时小区边缘用户可以同时接收到多个基站发送的业务流。因此，如何在相邻小区基站链路层实现合理的跨小区协同调度是本课题的关键之一。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源调度方法不同。因此，我们将多小区中的用户分成两类用户集。一类是非协同用户集，主要包括离基站较近且处于非小区边缘的用户，另一类是协同用户集，它是由处于小区边缘区域的用户所构成的集合。考虑到用户的移动性，需要研究用户在这两类用户集间的切换和动态分类问题，建立合理的用户效用函数评估模型，分析多小区内所有用户的整体增益性能，在此基础上设计用户在这两类用户集间的动态分类和资源调度方案。对于协同用户集内的用户，需要研究多个基站对用户的协同资源调度问题，这就需要设计多基站到多用户间的多对多映射矩阵，使所有用户的干扰协调效果整体最优。考虑到用户的移动性以及各基站到不同用户信道的时变性，对一个完备的多变量随机矩阵优化求解的难度将是非常大的。因此如何设计这类多变量矩阵使其优化可解，并通过合理的形式进行简化运算使多小区协作调度算法具有较低的复杂度也是本课题研究的关键问题。3. 多用户、多小区流量协同控制研究本课题所研究的核心目标是实现多用户、多小区动态干扰协调，而传统的分布式流量控制是以提高网络容量为最高标准，在下一代移动通信网络中如果直接采用这类技术也许可以提高网络的容量，但是往往会导致小区边缘的用户干扰较大，用户服务质量出现大幅降低，因此在通过协同工作提高网络容量时，必须以多小区的动态干扰协调为约束。为此我们提出以用户调度函数和干扰协调函数间的约束关系为纽带，基于向量场和Poincare-Hopf指数定理理论建立流量负载平衡函数组，以此为基础设计多小区间的协同流量控制机制，在保障小区边缘用户QoS和网络负载平衡前提下，优化网络容量。其中，如何保证在上述约束条件下存在流量平衡的最优解，以及这个最优解在迭代计算时是可收敛的，都是其中的关键基础问题，而在获得收敛最优解的基础上设计具有低复杂度的次优分布式流量控制算法也是一个极具挑战的技术问题。三、多小区基站跨层协同控制技术研究基站物理层的协同干扰抑制和链路层的动态干扰协调都是以多小区间的协同通信为基础，这种协同通信一方面需要反馈所有用户信道信息，另一方面需要额外的协同信令开销，过多的反馈和信令开销将导致网络效率的严重降低，甚至超过协同所带来的增益。因此我们拟以跨层设计技术为基础，实现多小区基站间物理层和链路层协同信息的共享，减少小区间冗余协同信息，提高基站协同控制效率，优化基站间的资源分配。具体拟开展以下研究：1、 多小区基站跨层协同控制技术研究传统的跨层设计是以提高单个通信实体内的处理效率为核心，而本课题所研究的环境是一种多用户、多小区分布式协同通信网络，该网络将相邻小区内的多个基站天线看作是一个统一的虚拟MIMO阵列，然而要实现多基站虚拟MIMO阵列协同传输，需要反馈整个虚拟MIMO信道的状态信息，如果分别在不同协议层提供这些信息以支持协同工作，会导致网络的大量资源被用于非数据传输，降低了网络在处理动态干扰协调时的效率。为了减少这种协同工作所导致的额外开销，我们拟开展以下两方面的研究：1）多小区基站间跨层协同信息共享研究；2）多小区基站间跨层协同控制技术研究。2、 多小区基站跨层协同资源分配技术研究目前的动态资源分配技术能够根据信道和干扰情况的变化自适应分配无线资源。本课题中