本文關(guān)鍵詞： 無(wú)線中繼 同頻干擾 中繼選擇 干擾控制 干擾消除　出處：《中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)步入4G時(shí)代,以及面向5G研究的逐步開展,移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)溲刂芗采w的趨勢(shì)發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)也沿著異構(gòu)方向演進(jìn),增加了各類功耗較低、提供熱點(diǎn)覆蓋的新型節(jié)點(diǎn),如Pico-cell、Femto-cell以及中繼節(jié)點(diǎn)(Relay Node)。由于這些變化,加之為提高頻譜效率而采取的各小區(qū)頻率完全復(fù)用,節(jié)點(diǎn)間的同頻干擾問(wèn)題凸顯,并成為當(dāng)前限制移動(dòng)接入網(wǎng)絡(luò)容量進(jìn)一步提升的主要瓶頸之一；其中,中繼節(jié)點(diǎn)面臨的干擾是整個(gè)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)干擾問(wèn)題的重要組成部分,也是無(wú)線中繼技術(shù)當(dāng)前面臨的主要難題之一 本文圍繞無(wú)線中繼網(wǎng)絡(luò)中的同頻干擾這一主題,從三個(gè)方面展開具體研究工作。首先,對(duì)同頻干擾環(huán)境下的雙向中繼系統(tǒng)的性能進(jìn)行了理論分析,在接受干擾存在、且未嘗試克服之的情況下,進(jìn)行中繼系統(tǒng)性能的初步探究。接著,出于緩解干擾的目的,本文的第二項(xiàng)工作研究了抑制干擾的中繼協(xié)作策略設(shè)計(jì),在信道時(shí)變波動(dòng)的環(huán)境中,提出了一種根據(jù)過(guò)時(shí)及統(tǒng)計(jì)信道狀態(tài)信息(Channel State Information, CSI)建立干擾控制的中繼備選子集方法,減輕中繼節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)對(duì)周圍同頻通信節(jié)點(diǎn)造成的干擾；并與中繼選擇方法結(jié)合以提高中繼系統(tǒng)本身的抗干擾能力。最后,作為最終消除中繼系統(tǒng)某些形式干擾的一種嘗試,在第三部分內(nèi)容中考察了一種近期提出的特殊干擾消除技術(shù),稱為“盲已知干擾消除”(Blind Known Interference Cancellation, BKIC),研究了該方法用于中繼網(wǎng)絡(luò)傳輸方案設(shè)計(jì)以提高頻譜效率的問(wèn)題,并針對(duì)實(shí)際傳輸系統(tǒng)探討了方法本身的改進(jìn)問(wèn)題。 針對(duì)雙向中繼系統(tǒng)在干擾環(huán)境下性能分析問(wèn)題未有妥善解決的研究現(xiàn)狀,本文避免了現(xiàn)有研究多采取簡(jiǎn)化模型以簡(jiǎn)化分析難度、但造成適用范圍受限的缺點(diǎn),采用了具有一般性的干擾場(chǎng)景模型,考慮所有節(jié)點(diǎn)均受到多個(gè)節(jié)點(diǎn)干擾的情形,對(duì)于兩種常用的雙向中繼轉(zhuǎn)發(fā)方式,即2時(shí)隙/3時(shí)隙物理層網(wǎng)絡(luò)編碼(2-Time Slot/3-Time Slot Physical layer Network Coding,2TS/3TS PNC),求解了兩種方式的端到端信干噪比(Signal-to-Interference-plus-Noise Ratio, SINR)的統(tǒng)一表達(dá)式；根據(jù)中繼節(jié)點(diǎn)與源節(jié)點(diǎn)的發(fā)送功率關(guān)系,為其建立一對(duì)簡(jiǎn)化分析的上下界,分別對(duì)應(yīng)于功率較高的專用中繼站及功率較低的用戶協(xié)作兩類應(yīng)用背景；根據(jù)理論上下界求出了瑞利(Rayleigh)衰落信道下的中斷概率及調(diào)制差錯(cuò)概率閉式解。通過(guò)數(shù)值仿真驗(yàn)證了所提理論界與仿真值的吻合程度；同時(shí),針對(duì)若干系統(tǒng)參數(shù)的考察揭示了一些重要因素對(duì)系統(tǒng)性能的影響,包括：中繼-源功率比、中繼節(jié)點(diǎn)位置及中繼為雙向轉(zhuǎn)發(fā)分配的功率比例。 在實(shí)際的移動(dòng)通信系統(tǒng)中,信道狀態(tài)往往存在隨時(shí)間的波動(dòng)性,因此本文的第二項(xiàng)工作研究了在信道經(jīng)歷時(shí)間相關(guān)性衰落的條件下,根據(jù)過(guò)時(shí)及統(tǒng)計(jì)CSI進(jìn)行中繼選擇的性能,分析了兩種現(xiàn)有的中繼選擇方案,即最大化過(guò)時(shí)SINR與最小化條件中斷概率,在存在同頻干擾情況下的端到端中斷概率性能。緊接著,為減輕中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)周圍同頻通信節(jié)點(diǎn)的干擾,本文提出一種干擾控制的中繼備選子集建立方法,根據(jù)過(guò)時(shí)及統(tǒng)計(jì)CSI,將可能造成附近同頻節(jié)點(diǎn)中斷性能嚴(yán)重下降的中繼節(jié)點(diǎn)排除出中繼選擇范圍；再結(jié)合前述選擇策略,實(shí)現(xiàn)了中繼子系統(tǒng)與周圍同頻子系統(tǒng)的性能折中,以及整體系統(tǒng)的性能優(yōu)化。相比現(xiàn)有的基于SINR或中斷概率絕對(duì)門限值的方法,所提方法的關(guān)鍵參數(shù)為一個(gè)適用于任意場(chǎng)景的相對(duì)門限值。最后,為克服單中繼選擇方法在CSI誤差條件下的分集增益損失,這一部分的研究?jī)?nèi)容還涉及在信道波動(dòng)與干擾雙重因素影響下,多中繼轉(zhuǎn)發(fā)策略的初步研究,證明了該類方法在重新獲得滿分集增益方面的優(yōu)勢(shì),以及過(guò)時(shí)CSI在維持較低的中繼重傳次數(shù)中的重要作用。 本文的第三項(xiàng)工作內(nèi)容將重點(diǎn)放在中繼網(wǎng)絡(luò)干擾消除方法上,研究了BKIC在中繼網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用問(wèn)題。首先針對(duì)半雙工中繼需要占用額外的信道用于轉(zhuǎn)發(fā)這一缺點(diǎn),提出了一種基于BKIC的中繼網(wǎng)絡(luò)上行傳輸方案,對(duì)于中繼協(xié)作的接入網(wǎng)絡(luò),在基站執(zhí)行BKIC可以調(diào)度中繼協(xié)作用戶與非協(xié)作用戶使用相同的信道,而由基站實(shí)現(xiàn)二者信號(hào)的分離與干擾消除,相比現(xiàn)有的正交傳輸方案,以及在可獲得非理想干擾CSI條件下采用串行干擾消除(Successive Interference Cancellation, SIC)的方法,所提方案可獲得顯著的性能提升。接著考慮了BKIC方法在面向4G系統(tǒng)傳輸技術(shù)時(shí)存在的應(yīng)用問(wèn)題,因原BKIC方法不適用于子信道長(zhǎng)度較短的并行信道傳輸系統(tǒng)如正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing, OFDM)——因處理長(zhǎng)度不足將導(dǎo)致過(guò)強(qiáng)的輸出殘余誤差；亦不適于存在多路干擾的多輸入多輸出(Multiple-Input and Multiple-Output, MIMO)系統(tǒng)——因逐路的BKIC不能完全消除所有干擾成分而同樣產(chǎn)生較強(qiáng)的殘余誤差。為此,在該部分研究?jī)?nèi)容中,我們先后提出了一種并行信道聯(lián)合BKIC方法,以及一種基于空時(shí)塊編碼(Space-Time Block Code, STBC)的BKIC方法,分別解決上述問(wèn)題。仿真結(jié)果表明,所提方法在很大程度上能夠?qū)崿F(xiàn)顯著的差錯(cuò)性能提升,使BKIC方法在未來(lái)的無(wú)線中繼網(wǎng)絡(luò)中具備應(yīng)用的可能性。
[Abstract]:Along with the 4G era of mobile communication industry and the step - by - step of 5G research , the topology of mobile communication network grows along the trend of dense coverage , and the network architecture is evolving along the heterogeneous direction , and the new nodes with lower power consumption and hot spot coverage are added , such as Pico - cell , femto - cell and Relay Node . due to these changes , the frequency of each cell adopted to improve the spectral efficiency is completely multiplexed , the co - frequency interference problem among the nodes is highlighted , and the interference caused by the relay node is an important part of the interference problem of the whole mobile communication network , and also is one of the main problems that the wireless relay technology is currently facing This paper studies the performance of relay system based on outdated and statistical channel state information ( CSI ) . In this paper , the unified expression of signal - to - interference - plus - Noise Ratio ( SINR ) for two - way relay system is solved . In the actual mobile communication system , the channel state tends to have time - dependent volatility , so the second work of this paper studies the performance of relay selection based on outdated and statistical CSI under the condition that the channel experiences time - correlation fading , and analyzes two existing relay selection schemes , namely , maximizing outdated SINR and minimizing conditional interrupt probability , and optimizing performance of the whole system . In this part , we propose a method for the uplink transmission of a relay network based on the BK IC . In this part , we propose a parallel channel combined BK IC method and a method of using serial interference cancellation ( SIC ) in the base station . The result shows that the proposed method can achieve significant error performance improvement in a large extent , and the method can be applied in the future wireless relay network .

【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TN972

【參考文獻(xiàn)】

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1 張正宇;MIMO無(wú)線通信系統(tǒng)中的ARQ傳輸技術(shù)研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

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本文編號(hào)：1537759