无线通信中干扰对齐的理论与关键技术研究

发布时间：2020-03-16 04:02

【摘要】：近些年来,随着无线通信技术的飞速发展,干扰已经成为制约无线通信系统容量提升的最主要的因素之一。在诸多干扰管理技术中,干扰对齐(Interference Alignment,IA)因其能获得干扰网络的最优自由度(或复用增益)而引起了广泛的关注。在多用户系统中,每个用户的信号空间可以划分成两个非重叠的子空间:一个是期望信号的子空间,另外一个是干扰信号的子空间。IA的目的在于把每个用户的干扰都对齐在一个维度尽可能小的子空间内,从而使自由度最优。另外,除了干扰对齐,双路中继通信(或者更广义的多路中继通信)和物理层网络编码(Physical Layer Network Coding,PLNC)因为能提升频谱效率,也引起了人们的广泛关注。如何把IA和这些技术有效地结合起来,以便获得更高的自由度和传输速率,已经成为近些年来网络信息论的研究热点。本学位论文系统地研究了不同拓扑结构下、不同发射端信道状态信息(Channel State Information at the Transmitter,CSIT)时各种无线信道的IA的理论和关键技术。研究的核心在于无线信道的自由度表征,及其对应的可达方案的设计。本论文的主要创新点如下:1.本文分析了有完全时延CSIT时MIMO Y信道时的自由度。对于三用户情形,提出了两种传输方案:物理层网络编码多阶段传输方案(Physical Layer Network Coding Multiple-Stage Transmission Scheme,PLNC-MST)和可追溯的网络编码对齐(Retrospective Network Coding Alignment,RNCA)方案。其中,PLNCMST把广播(Broadcast,BC)阶段分成三个阶段来传输PLNC向量。比起Abdoli方案和时分多址(Time Division Multiple Access,TDMA)方案,PLNC-MST能获得显著的自由度提升。通过该方案,本文发现物理层网络编码(PLNC)在有时延CSIT时能提供自由度增益。RNCA为PLNC-MST的改进型方案,采用两个阶段传输PLNC向量,通过更巧妙的高阶符号/向量的选择,能获得比PLNC-MST更高的自由度。然后,本文把RNCA拓展到任意用户情形(即用户MIMO Y信道),并生成了自由度的闭合表达式。最后,本文为三用户MIMO Y信道考虑了一种新的情形:用户在MAC阶段无CSIT,即半盲用户。在BC阶段,本文分三种情况考虑:中继有完美CSIT、中继有完全时延的CSIT、中继无CSIT。自由度分析结果表明,只要用户的天线数足够,半盲情形也可以取得和各用户有完美CSIT情形下一样的自由度。另外,本文提出了一种联合物理层网络编码与天线选择的算法(Joint PLNC and Antenna Selection,PLNC-AS)。仿真显示,PLNC-AS比传统的基于网络编码的信号空间对齐(Signal Space Alignment for Network Coding,SSA-NC)算法能获得更高的传输速率。2.本文分析了双路X中继信道有完全时延CSIT时的自由度,并在RNCA的基础上进行了进一步扩展,提出了一种两阶段的可达方案。通过与四用户的MIMO Y信道的自由度对比本文发现,双路X中继信道因为用户与用户之间的非连通性,在有完全时延CSIT时将导致归一化自由度的降低。解析结果和仿真结果均表明,本文提出的两阶段传输方案,比起传统的TDMA方案,不但有明显的自由度提升,而且还有巨大的速率增益。3.本文研究了K用户对双路干扰中继信道中有完全时延CSIT时的自由度,得出了自由度的闭合表达式,并提出了一种两阶段传输方案。当=2时,双路干扰中继信道的自由度等于双路X中继信道的自由度。这意味着,在有完全时延CSIT时,双路X中继信道中的交叉链路并未提供额外的自由度增益,这与各用户有完美CSIT时刚好相反。
【图文】：

下面是一个简单的常数干扰信道的IA的例子。在图2-1中，有3个用户对，令 = {1,2,3}， = {1,2,3}, 假设信道衰落系数都为 1，发射机 到接收机 的时延为1个时隙，发射机 到接收机 ( = )的时延为 2 个时隙, 发射机 在第 个时隙的发射符号为 [ ]( ), 接收机 在第 个时隙的接收信号和噪声分别为 [ ]( ) 和 [ ]( ), 且 [ ]( ) 服从均值为 0、方差为 1 的正态分布，则接收机 的接收信号可以表示为： [ ]( ) =∑ = [ ]( 2) + [ ]( 1) + [ ]( ) (2-15)若采用TDMA方案，假设发射功率为 , 接收机的噪声平均功率为 1
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN92;TN975

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本文编号：2587330