无线协作传输系统中新型干扰处理技术研究
发布时间：2021-04-20 22:19
本文以利用干扰提高频谱效率和能量利用率为目标,面向未来无线通信系统中的三大新型应用场景——密集化小区、动态时分双工（Time Division Duplex,TDD）系统和带有能量收集节点的多小区协作系统,开展了基于干扰对齐（Interference Alignment,IA）和速率分拆（Rate Splitting,RS）的协作传输技术的研究,通过方案设计和理论推导,提升了IA和RS在新场景中的实用性和适应性。主要工作和创新点如下:针对动态TDD下非对称上下行干扰网络,本文提出了两种分别基于速率分拆和干扰对齐的协作传输方案,利用干扰强度和方向等性质,实现了更为高效的干扰管理,获得了更高的频谱效率。基于RS的非对称上下行协作方案利用了新干扰源的性质缓解干扰,联合优化传输方向、用户配对和协方差矩阵以最大化平均和速率。研究结果表明与传统的对称上下行传输相比,基于RS的非对称上下行传输策略可以显著提高小区边缘用户和密集小区的性能。基于IA的非对称上下行协作方案利用不同的干扰强度对部分干扰进行对齐,降低了干扰对齐闭式解对天线数的需求;提出了最小化加权均方误差（Mean Square Error...
【文章来源】：北京邮电大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：224 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 研究现状
1.2.1 干扰对齐
1.2.2 速率分拆
1.2.3 带有能量收集节点的多小区协作传输
1.3 有待解决的问题
1.4 研究内容及创新点
1.5 论文的章节安排
第二章 干扰信道的（广义）自由度理论
2.1 引言
2.2 干扰信道自由度的研究
2.3 两用户确定干扰信道的一般模型
2.3.1 广义自由度域
2.3.2 对称广义自由度
2.4 单天线对称干扰信道的广义自由度
2.4.1 对称GDoF可获得方案一:速率分拆
2.4.2 对称GDoF可获得方案二:信号水平干扰对齐
2.5 多天线干扰信道的广义自由度域
2.5.1 简化的HK编码方案
2.5.2 HK编码方案的GDoF最优性
2.6 非对称干扰信道的（广义）自由度表征
2.6.1 非对称上下行两小区蜂窝网络的和自由度
2.6.2 非对称干扰信道的广义自由度表征
2.7 非理想CSIT下对称广义自由度
2.7.1 非理想CSIT下对称广义自由度的表征
2.7.2 对称GDoF可获得方案:速率分拆
2.8 本章小结
第三章 动态TDD辅助的非对称上下行协作传输技术
3.1 引言
3.2 基于速率分拆技术的非对称上下行协作传输方案
3.2.1 系统模型
3.2.2 基于速率分拆的联合优化传输方案
3.2.3 仿真结果及讨论
3.3 基于干扰对齐技术的非对称上下行协作传输方案
3.3.1 系统模型
3.3.2 ZF-IA的级联收发机设计
3.3.3 基于正则化的ZF-IA的收发机设计
3.3.4 仿真结果及讨论
3.4 本章小结
第四章 非理想回程链路下基于干扰对齐的混合协作传输技术
4.1 引言
4.2 非理想回程链路下基于干扰对齐的混合协作传输策略的性能分析
4.2.1 一般的协作传输模型
4.2.2 通过非理想回程链路进行CSI和数据的共享
4.2.3 非理想回程链路下的混合协作传输设计
4.2.4 性能分析
4.2.5 仿真结果及讨论
4.3 基于格莱斯曼流形的干扰对齐混合协作传输方案
4.3.1 系统模型
4.3.2 基于格莱斯曼流形梯度的干扰对齐收发机设计
4.3.3 仿真结果及讨论
4.4 本章小结
第五章 基于速率分拆和干扰对齐的多小区协作传输技术
5.1 引言
5.2 系统模型
5.2.1 情况一:公共部分编码为超级公共信息
5.2.2 情况二:公共部分采用JT模式传输
5.2.3 量化的CSI误差
5.3 基于信号和干扰联合对齐的速率分拆策略
5.4 SIA-RS方案的性能分析
5.4.1 关键变量的统计特性
5.4.2 平均和速率
5.4.3 中断概率
5.4.4 误符号率
5.5 性能损失渐近分析
5.5.1 和速率损失
5.5.2 中断概率损失
5.5.3 误码率损失
5.6 情况一和情况二的对比
5.7 仿真与讨论
5.7.1 平均和速率性能
5.7.2 中断概率
5.7.3 误符号率
5.8 本章小结
第六章 带有能量收集节点的多小区协作传输技术
6.1 引言
6.2 基于速率和功率分拆的鲁棒的SWIPT收发机设计方案
6.2.1 系统模型
6.2.2 基于RS的鲁棒的收发机设计
6.2.3 基于RS的非鲁棒的收发机设计
6.2.4 联合目标公共速率的优化算法
6.2.5 仿真结果与讨论
6.3 能量协作系统中基于速率分拆的鲁棒的协作传输方案
6.3.1 系统模型
6.3.2 鲁棒的收发机设计
6.3.3 仿真结果及讨论
6.4 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 论文工作总结
7.2 下一阶段展望
参考文献
附录A 第四章的相关证明和计算过程
A.1 计算和速率关于预编码的梯度
A.2 引理42的证明
附录B 第五章的相关证明和计算过程
B.1 引理5.1的证明
B.2 引理5.2的证明
附录C 第六章的相关证明和计算过程
C.1 定理6.1的推导过程
C.2 定理6.2的推导过程
C.3 Schur补定理
缩略语表
致谢
攻读学位期间发表的学术论文和专利
本文编号：3150510
【文章来源】：北京邮电大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：224 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 研究现状
1.2.1 干扰对齐
1.2.2 速率分拆
1.2.3 带有能量收集节点的多小区协作传输
1.3 有待解决的问题
1.4 研究内容及创新点
1.5 论文的章节安排
第二章 干扰信道的（广义）自由度理论
2.1 引言
2.2 干扰信道自由度的研究
2.3 两用户确定干扰信道的一般模型
2.3.1 广义自由度域
2.3.2 对称广义自由度
2.4 单天线对称干扰信道的广义自由度
2.4.1 对称GDoF可获得方案一:速率分拆
2.4.2 对称GDoF可获得方案二:信号水平干扰对齐
2.5 多天线干扰信道的广义自由度域
2.5.1 简化的HK编码方案
2.5.2 HK编码方案的GDoF最优性
2.6 非对称干扰信道的（广义）自由度表征
2.6.1 非对称上下行两小区蜂窝网络的和自由度
2.6.2 非对称干扰信道的广义自由度表征
2.7 非理想CSIT下对称广义自由度
2.7.1 非理想CSIT下对称广义自由度的表征
2.7.2 对称GDoF可获得方案:速率分拆
2.8 本章小结
第三章 动态TDD辅助的非对称上下行协作传输技术
3.1 引言
3.2 基于速率分拆技术的非对称上下行协作传输方案
3.2.1 系统模型
3.2.2 基于速率分拆的联合优化传输方案
3.2.3 仿真结果及讨论
3.3 基于干扰对齐技术的非对称上下行协作传输方案
3.3.1 系统模型
3.3.2 ZF-IA的级联收发机设计
3.3.3 基于正则化的ZF-IA的收发机设计
3.3.4 仿真结果及讨论
3.4 本章小结
第四章 非理想回程链路下基于干扰对齐的混合协作传输技术
4.1 引言
4.2 非理想回程链路下基于干扰对齐的混合协作传输策略的性能分析
4.2.1 一般的协作传输模型
4.2.2 通过非理想回程链路进行CSI和数据的共享
4.2.3 非理想回程链路下的混合协作传输设计
4.2.4 性能分析
4.2.5 仿真结果及讨论
4.3 基于格莱斯曼流形的干扰对齐混合协作传输方案
4.3.1 系统模型
4.3.2 基于格莱斯曼流形梯度的干扰对齐收发机设计
4.3.3 仿真结果及讨论
4.4 本章小结
第五章 基于速率分拆和干扰对齐的多小区协作传输技术
5.1 引言
5.2 系统模型
5.2.1 情况一:公共部分编码为超级公共信息
5.2.2 情况二:公共部分采用JT模式传输
5.2.3 量化的CSI误差
5.3 基于信号和干扰联合对齐的速率分拆策略
5.4 SIA-RS方案的性能分析
5.4.1 关键变量的统计特性
5.4.2 平均和速率
5.4.3 中断概率
5.4.4 误符号率
5.5 性能损失渐近分析
5.5.1 和速率损失
5.5.2 中断概率损失
5.5.3 误码率损失
5.6 情况一和情况二的对比
5.7 仿真与讨论
5.7.1 平均和速率性能
5.7.2 中断概率
5.7.3 误符号率
5.8 本章小结
第六章 带有能量收集节点的多小区协作传输技术
6.1 引言
6.2 基于速率和功率分拆的鲁棒的SWIPT收发机设计方案
6.2.1 系统模型
6.2.2 基于RS的鲁棒的收发机设计
6.2.3 基于RS的非鲁棒的收发机设计
6.2.4 联合目标公共速率的优化算法
6.2.5 仿真结果与讨论
6.3 能量协作系统中基于速率分拆的鲁棒的协作传输方案
6.3.1 系统模型
6.3.2 鲁棒的收发机设计
6.3.3 仿真结果及讨论
6.4 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 论文工作总结
7.2 下一阶段展望
参考文献
附录A 第四章的相关证明和计算过程
A.1 计算和速率关于预编码的梯度
A.2 引理42的证明
附录B 第五章的相关证明和计算过程
B.1 引理5.1的证明
B.2 引理5.2的证明
附录C 第六章的相关证明和计算过程
C.1 定理6.1的推导过程
C.2 定理6.2的推导过程
C.3 Schur补定理
缩略语表
致谢
攻读学位期间发表的学术论文和专利
本文编号：3150510
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