發(fā)布時間：2020-03-20 00:03

【摘要】：隨著智能終端的普及和移動寬帶業(yè)務(wù)的高速發(fā)展,全球移動流量一直呈現(xiàn)指數(shù)級增長的趨勢,與此同時,包括物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備在內(nèi)的移動設(shè)備和連接數(shù)也在迅速增長。為了滿足迅猛增長的移動數(shù)流量和移動連接數(shù)的需求,蜂窩網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)異構(gòu)化和密集化的形態(tài),多種類型網(wǎng)絡(luò)接入點并存,多層異構(gòu)小區(qū)重疊覆蓋,用戶靈活選擇接入手段。網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)化和密集化部署,使用戶的干擾環(huán)境更加復雜,給網(wǎng)絡(luò)干擾管理和數(shù)據(jù)傳輸帶來了挑戰(zhàn),制約了網(wǎng)絡(luò)容量的提升。需要針對網(wǎng)絡(luò)部署場景、干擾特征以及業(yè)務(wù)特點,選擇合適的干擾管理和數(shù)據(jù)傳輸方法,提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量,保障用戶服務(wù)質(zhì)量。多小區(qū)干擾場景是蜂窩網(wǎng)最基本的干擾管理和協(xié)作傳輸單元,其中隨機波束成形(Random Beamforming)和干擾對齊(Interference Alignment)技術(shù)分別由于利用多用戶增益和自由度最大化的優(yōu)勢,適用于多小區(qū)干擾環(huán)境中。然而,這兩種技術(shù)的應(yīng)用還存在不少挑戰(zhàn),現(xiàn)有的隨機波束成形速率分析方法不適用于一般性的多小區(qū)用戶部署場景,機會干擾對齊的速率分析方法尚屬空白,基于信道信息有限反饋和前饋的干擾對齊有效速率的精確分析方法匱乏,并且實際場景中鏈路的強干擾特征未得到充分利用。為解決上述問題,分析不同技術(shù)在多小區(qū)干擾場景中的性能,選擇合適的傳輸策略,本文主要進行了以下研究工作:1.針對現(xiàn)有隨機波束成形分析方法適用場景有限的問題,提出了多小區(qū)隨機波束成形速率性能普適性分析方法。首先在多小區(qū)MISO和MIMO廣播干擾信道的用戶差異化部署場景中,利用用戶SINR和SIR的分布特性,證明用戶在中低SNR域的可達速率和高SNR域的極限速率都可以用耿貝爾型隨機變量進行有效地近似,將現(xiàn)有基于極限吞吐量分布定理的速率分析方法的適用范圍擴展到用戶差異化部署場景。接著,在多小區(qū)用戶差異化調(diào)度場景中,利用構(gòu)造的用戶等效SINR和SIR的分布特性,證明用戶在全SNR域的速率都可用耿貝爾型隨機變量來近似,將現(xiàn)有速率分析方法的適用范圍擴展到用戶差異化調(diào)度場景。所提出的多小區(qū)隨機波束成形速率性能分析方法,普適于用戶差異化位置部署、用戶差異化調(diào)度概率以及全SNR域,形式簡潔。利用該方法得到的理論值與仿真結(jié)果有很好的匹配,可以有效地評估多小區(qū)隨機波束成形傳輸性能。2.針對缺乏機會干擾對齊閉式和速率分析方法的問題,提出了基于用戶干擾子空間弦距的機會干擾對齊速率性能分析方法,得到了速率閉式表達式,精確地刻畫機會干擾對齊在全SNR域的速率性能與部署參數(shù)的關(guān)系。首先,在多小區(qū)MIMO廣播信道場景中,建立了用戶干擾空間對齊度量與條件可達速率的關(guān)系,設(shè)計了一般性的機會干擾對齊可達速率分析框架。然后,在一類特殊的場景中,即每個用戶的接收天線數(shù)N和基站j發(fā)射的數(shù)據(jù)流數(shù)dj滿足∑j=1Idj=N+1時,得到了用戶可達速率的閉式表達式,并證明其可以被近似為耿貝爾隨機變量,簡化了計算。最后,根據(jù)可達速率的表達式,驗證了機會干擾對齊的自由度性能與用戶增長的關(guān)系。仿真結(jié)果表明,所提出的機會干擾對齊速率性能分析方法與仿真值有很好的近似精確度,且該方法具有形式簡潔、計算簡單的優(yōu)點,適用于多小區(qū)干擾場景中機會干擾對齊的傳輸性能評估。3.針對基于有限反饋的干擾對齊有效速率分析方法匱乏的問題,提出了基于隨機矢量量化和矩陣元素標量量化的干擾對齊速率性能分析方法,建立了量化比特數(shù)與干擾對齊可達速率的精確關(guān)系式。首先在基于隨機矢量量化的信道信息反饋方法中,把量化誤差轉(zhuǎn)化為等價的高斯信道誤差,得到了其量化比特與可達速率的關(guān)系式。其次,在基于標量量化的信道信息反饋方法中,利用對信道矩陣元素的均勻量化與反饋,得到了標量量化比特數(shù)、量化誤差分布以及干擾對齊可達速率的關(guān)系式。最后,在基于隨機矢量量化的解碼信息前饋方法中,分析量化誤差對可達速率的影響,得到了量化比特數(shù)與干擾對齊可達速率的精確關(guān)系,并用仿真結(jié)果驗證了不同量化方法中量化開銷與干擾對齊可達速率關(guān)系的正確性。根據(jù)所提出的量化開銷與干擾對齊可達速率的分析方法與精確關(guān)系式,可以根據(jù)實際環(huán)境確定最優(yōu)的量化開銷比例。此外,理論分析和仿真結(jié)果表明,標量量化比隨機矢量量化更適用于一般的干擾對齊場景中的信道信息量化。4.針對單向強干擾部署環(huán)境,提出了聯(lián)合干擾疊加與對齊方法,把傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流分為疊加流和對齊流兩類,其中疊加流在受強干擾的用戶處被先解調(diào)并刪除,對齊流在受干擾的用戶處對齊到干擾子空間。根據(jù)該原理,首先把聯(lián)合干擾消除與對齊方法中的收發(fā)機聯(lián)合設(shè)計問題用加權(quán)和速率最大化(WSR)問題建模,接著證明了該問題與加權(quán)最小均方誤差問題(WMMSE)的最優(yōu)解等價條件,并利用該等價條件,設(shè)計了迭代優(yōu)化求解方法來得到局部最優(yōu)解。為了進一步提升疊加流上的速率增益,提出了改進的聯(lián)合干擾疊加與部分對齊方法,允許疊加流在部分用戶處對齊到干擾子空間,并采用WSR優(yōu)化問題建模,證明其與WMMSE的最優(yōu)等價條件,設(shè)計了迭代優(yōu)化求解方法。最后用仿真結(jié)果表明,所提出的聯(lián)合干擾消除與對齊方法,既充分利用了鏈路強干擾特性,在中低SNR域提高了可達速率,也在高SNR域取得了和傳統(tǒng)干擾對齊相同的自由度性能。
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN929.5

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本文編號：2590922