高速铁路环境下的干扰对齐技术研究

发布时间：2017-10-13 08:37

  本文关键词：高速铁路环境下的干扰对齐技术研究

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【摘要】：随着高速铁路通信技术的发展,列车提供的信息服务越来越多样化,对数据传输速率的需求正以前所未有的速度增加。为了满足日益增长的容量需求,设备对设备(Device to Device, D2D)通信技术和车载移动中继将应用在铁路通信系统中,这将不可避免地使干扰环境更加复杂。作为一种新颖的干扰处理方法,干扰对齐(Interference Alignment, IA)能有效的消除干扰和提高干扰网络的容量。本文针对高速铁路通信系统中不同传输场景(包括列车D2D干扰场景、车厢内用户接入场景和移动中继与路侧基站通信场景)的干扰处理问题展开了深入研究,并提出了相应的干扰处理方案。1.针对列车D2D通信链路与蜂窝链路间的相互干扰问题,研究了多用户干扰信道的干扰对齐,并提出了基于梯度算法的干扰对齐方案。分布式干扰对齐通过收发端迭代优化预编码矩阵和干扰抑制矩阵,从而实现干扰对齐的目的。但是该方法收敛慢,并且要求信道具有互易性。针对以上问题,本文提出了基于梯度算法的干扰对齐方案。该方案只在发送端单边优化预编码矩阵,不要求信道互易,并且收敛快,干扰残差小。2.针对车厢内用户接入场景的接入点(Access Points, APs)间干扰问题,研究了随机接入网络(Random Access Network, RAN)的干扰处理技术,并提出了基于跨层设计的机会干扰对齐方案。该方案中,物理层采用基于最小干扰泄露(Interference Leakage, IL)的干扰对齐方法,媒体接入控制(Media Access Control, MAC)层将期望信号空间中的残留干扰作为用户接入的参考代价,进行机会传输。在每个时隙,每个用户都会计算对其他AP的干扰泄露值,只有小于阈值,该时隙才可以发送数据。仿真结果表明,相比于RAN中传统的干扰处理方法,该方案的吞吐量有很大提升。3.针对移动中继与路侧基站通信场景中的子载波间干扰(Inter-carrier Interference, ICI)问题,研究了ICI的消除方法,并提出了一种收发端联合消除ICI的方案。该方案中,发送端引入了余弦窗模块,将信道矩阵改造为近似严格的带状矩阵,从而消除了大部分带外ICI；在接收端引入了基于复指数基扩展模型(Complex Exponential Basis Expansion Model, CE-BEM)的信道估计,进一步消除残余ICI的影响,同时提高系统的误码率性能。
【关键词】：高速铁路 干扰对齐 预编码 子载波干扰 随机接入网络
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.5
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 引言12-17
• 1.1 研究背景及意义12-16
• 1.1.1 研究背景12-14
• 1.1.2 国内外研究现状14-16
• 1.2 本文的结构安排16-17
• 2 干扰对齐概述17-27
• 2.1 干扰对齐技术原理17
• 2.2 干扰对齐分类17-23
• 2.2.1 渐进干扰对齐17-21
• 2.2.2 盲干扰对齐21-22
• 2.2.3 基于信道状态信息延迟的干扰对齐22-23
• 2.3 自由度23-26
• 2.3.1 自由度概念23-24
• 2.3.2 X干扰信道的自由度24
• 2.3.3 K用户干扰信道的自由度24
• 2.3.4 IBC和IMAC信道的干扰对齐24-26
• 2.4 本章小结26-27
• 3 基于梯度下降算法的干扰对齐27-37
• 3.1 引言27-28
• 3.2 分布式干扰对齐28-33
• 3.2.1 系统模型28-30
• 3.2.2 基于最小干扰泄露的干扰对齐30-32
• 3.2.3 基于最大信干噪比的干扰对齐32-33
• 3.3 基于梯度下降算法的干扰对齐33-34
• 3.4 仿真模拟34-36
• 3.5 本章小结36-37
• 4 基于跨层设计的机会干扰对齐37-50
• 4.1 引言37-38
• 4.2 系统模型38-39
• 4.3 随机接入网络中两种传统干扰处理技术39-42
• 4.3.1 多包接收技术39-40
• 4.3.2 干扰置零技术40-42
• 4.4 基于跨层设计的机会干扰对齐42-46
• 4.4.1 物理层：基于SVD的预编码设计42-44
• 4.4.2 MAC层：基于干扰泄露的机会传输44-45
• 4.4.3 性能分析45-46
• 4.5 仿真模拟46-48
• 4.6 本章小结48-50
• 5 高速铁路环境下ICI联合消除算法50-62
• 5.1 引言50-51
• 5.2 系统模型51-53
• 5.3 收发端联合消除ICI53-57
• 5.3.1 子载波耦合系数53-54
• 5.3.2 带状近似误差54
• 5.3.3 典型的余弦窗54-56
• 5.3.4 基于CE-BEM的信道估计56-57
• 5.4 仿真模拟57-61
• 5.5 本章小结61-62
• 6 结论62-64
• 6.1 本文工作总结62-63
• 6.2 未来工作展望63-64
• 参考文献64-67
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果67-69
• 学位论文数据集69

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本文编号：1023865