【摘要】：近些年來(lái),隨著無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的飛速發(fā)展,干擾已經(jīng)成為制約無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)容量提升的最主要的因素之一。在諸多干擾管理技術(shù)中,干擾對(duì)齊(Interference Alignment,IA)因其能獲得干擾網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)自由度(或復(fù)用增益)而引起了廣泛的關(guān)注。在多用戶(hù)系統(tǒng)中,每個(gè)用戶(hù)的信號(hào)空間可以劃分成兩個(gè)非重疊的子空間:一個(gè)是期望信號(hào)的子空間,另外一個(gè)是干擾信號(hào)的子空間。IA的目的在于把每個(gè)用戶(hù)的干擾都對(duì)齊在一個(gè)維度盡可能小的子空間內(nèi),從而使自由度最優(yōu)。另外,除了干擾對(duì)齊,雙路中繼通信(或者更廣義的多路中繼通信)和物理層網(wǎng)絡(luò)編碼(Physical Layer Network Coding,PLNC)因?yàn)槟芴嵘l譜效率,也引起了人們的廣泛關(guān)注。如何把IA和這些技術(shù)有效地結(jié)合起來(lái),以便獲得更高的自由度和傳輸速率,已經(jīng)成為近些年來(lái)網(wǎng)絡(luò)信息論的研究熱點(diǎn)。本學(xué)位論文系統(tǒng)地研究了不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下、不同發(fā)射端信道狀態(tài)信息(Channel State Information at the Transmitter,CSIT)時(shí)各種無(wú)線(xiàn)信道的IA的理論和關(guān)鍵技術(shù)。研究的核心在于無(wú)線(xiàn)信道的自由度表征,及其對(duì)應(yīng)的可達(dá)方案的設(shè)計(jì)。本論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下:1.本文分析了有完全時(shí)延CSIT時(shí)MIMO Y信道時(shí)的自由度。對(duì)于三用戶(hù)情形,提出了兩種傳輸方案:物理層網(wǎng)絡(luò)編碼多階段傳輸方案(Physical Layer Network Coding Multiple-Stage Transmission Scheme,PLNC-MST)和可追溯的網(wǎng)絡(luò)編碼對(duì)齊(Retrospective Network Coding Alignment,RNCA)方案。其中,PLNCMST把廣播(Broadcast,BC)階段分成三個(gè)階段來(lái)傳輸PLNC向量。比起Abdoli方案和時(shí)分多址(Time Division Multiple Access,TDMA)方案,PLNC-MST能獲得顯著的自由度提升。通過(guò)該方案,本文發(fā)現(xiàn)物理層網(wǎng)絡(luò)編碼(PLNC)在有時(shí)延CSIT時(shí)能提供自由度增益。RNCA為PLNC-MST的改進(jìn)型方案,采用兩個(gè)階段傳輸PLNC向量,通過(guò)更巧妙的高階符號(hào)/向量的選擇,能獲得比PLNC-MST更高的自由度。然后,本文把RNCA拓展到任意用戶(hù)情形(即用戶(hù)MIMO Y信道),并生成了自由度的閉合表達(dá)式。最后,本文為三用戶(hù)MIMO Y信道考慮了一種新的情形:用戶(hù)在MAC階段無(wú)CSIT,即半盲用戶(hù)。在BC階段,本文分三種情況考慮:中繼有完美CSIT、中繼有完全時(shí)延的CSIT、中繼無(wú)CSIT。自由度分析結(jié)果表明,只要用戶(hù)的天線(xiàn)數(shù)足夠,半盲情形也可以取得和各用戶(hù)有完美CSIT情形下一樣的自由度。另外,本文提出了一種聯(lián)合物理層網(wǎng)絡(luò)編碼與天線(xiàn)選擇的算法(Joint PLNC and Antenna Selection,PLNC-AS)。仿真顯示,PLNC-AS比傳統(tǒng)的基于網(wǎng)絡(luò)編碼的信號(hào)空間對(duì)齊(Signal Space Alignment for Network Coding,SSA-NC)算法能獲得更高的傳輸速率。2.本文分析了雙路X中繼信道有完全時(shí)延CSIT時(shí)的自由度,并在RNCA的基礎(chǔ)上進(jìn)行了進(jìn)一步擴(kuò)展,提出了一種兩階段的可達(dá)方案。通過(guò)與四用戶(hù)的MIMO Y信道的自由度對(duì)比本文發(fā)現(xiàn),雙路X中繼信道因?yàn)橛脩?hù)與用戶(hù)之間的非連通性,在有完全時(shí)延CSIT時(shí)將導(dǎo)致歸一化自由度的降低。解析結(jié)果和仿真結(jié)果均表明,本文提出的兩階段傳輸方案,比起傳統(tǒng)的TDMA方案,不但有明顯的自由度提升,而且還有巨大的速率增益。3.本文研究了K用戶(hù)對(duì)雙路干擾中繼信道中有完全時(shí)延CSIT時(shí)的自由度,得出了自由度的閉合表達(dá)式,并提出了一種兩階段傳輸方案。當(dāng)=2時(shí),雙路干擾中繼信道的自由度等于雙路X中繼信道的自由度。這意味著,在有完全時(shí)延CSIT時(shí),雙路X中繼信道中的交叉鏈路并未提供額外的自由度增益,這與各用戶(hù)有完美CSIT時(shí)剛好相反。
【圖文】：

下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的常數(shù)干擾信道的IA的例子。在圖2-1中，有3個(gè)用戶(hù)對(duì)，令 = {1,2,3}， = {1,2,3}, 假設(shè)信道衰落系數(shù)都為 1，發(fā)射機(jī) 到接收機(jī) 的時(shí)延為1個(gè)時(shí)隙，發(fā)射機(jī) 到接收機(jī) ( = )的時(shí)延為 2 個(gè)時(shí)隙, 發(fā)射機(jī) 在第 個(gè)時(shí)隙的發(fā)射符號(hào)為 [ ]( ), 接收機(jī) 在第 個(gè)時(shí)隙的接收信號(hào)和噪聲分別為 [ ]( ) 和 [ ]( ), 且 [ ]( ) 服從均值為 0、方差為 1 的正態(tài)分布，則接收機(jī) 的接收信號(hào)可以表示為： [ ]( ) =∑ = [ ]( 2) + [ ]( 1) + [ ]( ) (2-15)若采用TDMA方案，假設(shè)發(fā)射功率為 , 接收機(jī)的噪聲平均功率為 1
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TN92;TN975

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本文編號(hào)：2587330