本文關(guān)鍵詞：干擾對(duì)齊在現(xiàn)代通信中的應(yīng)用研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近年來(lái),隨著無(wú)線通信的快速發(fā)展,干擾管理問(wèn)題成為現(xiàn)代無(wú)線通信系統(tǒng)面臨的一個(gè)主要挑戰(zhàn)。最近信息論的學(xué)者們提出了干擾對(duì)齊(Interference Alignment, IA)技術(shù),其核心思想是在接收端將所有接收的干擾信號(hào)對(duì)齊到相同的干擾子空間,從而為期望信號(hào)提供更多無(wú)干擾的信號(hào)維度進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。該技術(shù)使得無(wú)線干擾網(wǎng)絡(luò)的容量有了突破性增長(zhǎng),因此研究無(wú)線通信系統(tǒng)的干擾對(duì)齊算法有著非常重要的意義。在干擾對(duì)齊所研究的網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景中,與實(shí)際無(wú)線通信系統(tǒng)密切相關(guān)的是K-user MIMO干擾信道(Interference Channel, IC)和 MIMO 廣播干擾信道(Broadcast interference channel, IBC),因此,本文將這兩類信道模型作為主要研究對(duì)象。具體的研究工作主要有以下幾部分：1、針對(duì)時(shí)變信道下的K-user M×N MIMO干擾信道,發(fā)端天線數(shù)為M,收端天線數(shù)為N,基于遍歷干擾對(duì)齊ergodic interference alignment, ergodic IA),本文首先提出了一種干擾對(duì)齊方案,并達(dá)到個(gè)自由度(degrees of freedom, DoF)。本文所提出的遍歷干擾對(duì)齊方案僅僅使用了簡(jiǎn)單的線性預(yù)編碼和有限個(gè)符號(hào),并且所達(dá)到的自由度與理論自由度上限(upper bound)是一致的。然后,由于等待時(shí)延是遍歷干擾對(duì)齊的一個(gè)重要因素,因此本文推導(dǎo)了遍歷干擾對(duì)齊方案系統(tǒng)等待時(shí)延的數(shù)學(xué)表達(dá)式,該表達(dá)式對(duì)等待時(shí)延的定量分析提供了一定的理論依據(jù)。最后,本文推導(dǎo)了遍歷干擾對(duì)齊方案的系統(tǒng)可達(dá)和速率并給出數(shù)值仿真。仿真結(jié)果表明,系統(tǒng)可達(dá)和速率隨著K、M和N中任意一個(gè)參數(shù)的增加而增加,這與從自由度的角度分析所得到的結(jié)論是一致的。2、針對(duì)時(shí)變信道下的G-cell K-user M×N MIMO廣播干擾信道,發(fā)端天線數(shù)為M,收端天線數(shù)為N,基于遍歷干擾對(duì)齊,本文提出了一種干擾對(duì)齊方案,并達(dá)到個(gè)自由度。本文所提出的遍歷干擾對(duì)齊方案同樣僅僅使用了簡(jiǎn)單的線性預(yù)編碼和有限個(gè)符號(hào),并且所達(dá)到的自由度與學(xué)術(shù)界所提出理論自由度上限是一致的。在設(shè)計(jì)過(guò)程中,首先設(shè)計(jì)了M×1 MISO廣播干擾信道的遍歷干擾對(duì)齊方案,并達(dá)到個(gè)自由度；然后,將廣播干擾信道擴(kuò)展到M×N MIMO廣播干擾信道,通過(guò)對(duì)MISO遍歷干擾對(duì)齊方案中的超符號(hào)進(jìn)行復(fù)制和擴(kuò)展,得到了M×N MIMO廣播干擾場(chǎng)景的遍歷干擾對(duì)齊方案,并達(dá)到的自由度上限。3、針對(duì)G-cell K-user M×N MIMO廣播干擾信道的遍歷干擾對(duì)齊方案,本文對(duì)其進(jìn)行了性能分析。首先,基于信道量化方法,本文推導(dǎo)了系統(tǒng)等待時(shí)延的數(shù)學(xué)表達(dá)式,這對(duì)等待時(shí)延的定量分析提供了一定的理論依據(jù)。然后,從信道系數(shù)和超符號(hào)順序兩方面出發(fā),本文對(duì)系統(tǒng)等待時(shí)延進(jìn)行優(yōu)化,并推導(dǎo)出優(yōu)化后的等待時(shí)延表達(dá)式。表達(dá)式表明,優(yōu)化后的等待時(shí)延得以明顯降低。最后,本文推導(dǎo)了遍歷干擾對(duì)齊方案的系統(tǒng)可達(dá)和速率,并給出仿真結(jié)果。仿真結(jié)果表明,在高信噪比時(shí),系統(tǒng)可達(dá)和速率隨著G、K、M和N中任意一個(gè)參數(shù)的增加而增加。特別地,相比于收端天線數(shù)N,發(fā)端天線數(shù)M對(duì)可達(dá)和速率的影響更大。這與從自由度的角度分析所得到的結(jié)論是一致的。4、針對(duì)MIMO干擾信道,當(dāng)發(fā)端缺少信道狀態(tài)信息(channel state information, CSI)時(shí),本文研究了其可達(dá)自由度及相應(yīng)的可達(dá)方案。首先,對(duì)于K-user M × N MIMO干擾信道,通過(guò)盲干擾對(duì)齊(blind interference alignment, blind IA),本文能夠達(dá)到的自由度為仿真表明,當(dāng)時(shí),該可達(dá)自由度與K-user MIMO干擾信道的最優(yōu)理論自由度上限是一致的；并且同樣在發(fā)端缺少信道狀態(tài)信息的條件下,本文所達(dá)到的自由度比前人所得到的自由度要高。然后,針對(duì)G-cell K-user M × N MIMO廣播干擾信道,通過(guò)盲干擾對(duì)齊,本文能夠達(dá)到的自由度為該可達(dá)自由度與MIMO廣播干擾信道的理論自由度上限是一致的；另外,仿真表明,在發(fā)送端同樣缺少信道狀態(tài)信息的條件下,本文的可達(dá)自由度比前人的所推導(dǎo)的結(jié)果要低,存在自由度丟失(Loss DoF)現(xiàn)象。但是前人的結(jié)論是在基站之間能夠共享信息的假設(shè)前提下得出的,當(dāng)該假設(shè)前提不滿足時(shí),本文的結(jié)論對(duì)MIMO廣播干擾信道在發(fā)端缺少信道狀態(tài)信息時(shí)的可達(dá)自由度分析具有一定的理論借鑒意義。
【關(guān)鍵詞】：MIMO干擾信道 MIMO廣播干擾信道 自由度 遍歷干擾對(duì)齊 盲干擾對(duì)齊
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN972
【目錄】：

• 摘要4-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 緒論12-29
• 1.1 課題研究背景和意義12-13
• 1.2 干擾對(duì)齊基礎(chǔ)理論13-22
• 1.2.1 自由度的概念13-15
• 1.2.2 干擾對(duì)齊基本原理15-17
• 1.2.3 干擾對(duì)齊分類17-22
• 1.3 干擾對(duì)齊的研究現(xiàn)狀及面臨的挑戰(zhàn)22-25
• 1.3.1 干擾對(duì)齊的研究現(xiàn)狀22-24
• 1.3.2 干擾對(duì)齊面臨的主要挑戰(zhàn)24-25
• 1.4 論文的主要貢獻(xiàn)和結(jié)構(gòu)安排25-29
• 1.4.1 論文的主要貢獻(xiàn)25-27
• 1.4.2 論文的結(jié)構(gòu)安排27-29
• 第2章 基于遍歷干擾對(duì)齊的K-USER MIMO干擾信道自由度上限可達(dá)方案29-45
• 2.1 引言29-31
• 2.2 遍歷干擾對(duì)齊31-33
• 2.3 K-USER MIMO干擾信道系統(tǒng)模型33-34
• 2.4 K-USER MIMO干擾信道遍歷干擾對(duì)齊方案34-38
• 2.4.1 K-user M×1 MISO干擾信道34-35
• 2.4.2 K-user M×N MIMO干擾信道35-38
• 2.5 系統(tǒng)等待時(shí)延38-40
• 2.6 系統(tǒng)可達(dá)和速率40-43
• 2.6.1 系統(tǒng)可達(dá)和速率推導(dǎo)40-42
• 2.6.2 仿真結(jié)果及分析42-43
• 2.7 本章小結(jié)43-45
• 第3章 基于遍歷干擾對(duì)齊的MIMO廣播干擾信道自由度上限可達(dá)方案45-66
• 3.1 引言45-46
• 3.2 G-CELL K-USER MIMO廣播干擾信道模型46-47
• 3.3 外部小區(qū)干擾消除方法47-48
• 3.4 G-CELL K-USER MISO廣播干擾信道遍歷干擾對(duì)齊方案48-56
• 3.4.1 G-cell 2-user 2×1 MISO廣播干擾信道49-52
• 3.4.2 G-cell 2-user 3×1 MISO廣播干擾信道52-54
• 3.4.3 G-cell K-user M×1 MISO廣播干擾信道54-56
• 3.5 G-CELL K-USER MIMO廣播干擾信道遍歷干擾對(duì)齊方案56-64
• 3.5.1 G-cell 2-user 8×3 MIMO廣播干擾信道57-59
• 3.5.2 G-cell K-user M×N MIMO廣播干擾信道59-64
• 3.6 本章小結(jié)64-66
• 第4章 MIMO廣播干擾信道遍歷干擾對(duì)齊方案性能分析66-86
• 4.1 引言66
• 4.2 系統(tǒng)等待時(shí)延推導(dǎo)66-70
• 4.3 系統(tǒng)等待時(shí)延優(yōu)化方法70-74
• 4.3.1 信道系數(shù)優(yōu)化方法71-72
• 4.3.2 符號(hào)順序優(yōu)化方法72-74
• 4.4 系統(tǒng)可達(dá)和速率74-85
• 4.4.1 MISO廣播干擾信道可達(dá)和速率推導(dǎo)74-77
• 4.4.2 仿真結(jié)果及分析77-79
• 4.4.3 MIMO廣播干擾信道的可達(dá)和速率推導(dǎo)79-82
• 4.4.4 仿真結(jié)果及分析82-85
• 4.5 小結(jié)85-86
• 第5章 MIMO干擾信道盲干擾對(duì)齊方案86-100
• 5.1 引言86-88
• 5.2 盲干擾對(duì)齊88-90
• 5.3 盲干擾對(duì)齊和遍歷干擾對(duì)齊的區(qū)別和聯(lián)系90-93
• 5.4 K-USER MIMO干擾信道的盲干擾對(duì)齊方案93-96
• 5.4.1 可達(dá)自由度93-94
• 5.4.2 仿真結(jié)果及分析94-96
• 5.5 MIMO廣播干擾信道盲干擾對(duì)齊方案96-99
• 5.5.1 可達(dá)自由度96-97
• 5.5.2 仿真結(jié)果及分析97-99
• 5.6 小結(jié)99-100
• 第6章 全文總結(jié)與展望100-104
• 6.1 全文內(nèi)容總結(jié)100-102
• 6.2 未來(lái)工作展望102-104
• 參考文獻(xiàn)104-115
• 致謝115-117
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄117

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