干扰信道容量及传输策略研究

发布时间：2020-06-25 23:39

【摘要】：随着无线通信技术的普遍应用,使用无线通信网络的用户数量急剧增长,用户对于通信的速率和可靠性要求也越来越高。为了满足这些要求,很多情况下在一定范围内会重复使用某些频段,这样必将导致一些用户在同一时间使用相同频率进行通信,并造成这些用户的通信互相干扰。目前,干扰已经成为无线通信环境中的一种普遍现象和制约无线通信效率的一个主要因素。为了研究干扰对无线通信性能限的影响,为实际的无线通信提供理论支撑,性能界的指导以及高效的信息传输策略设计依据。信息论研究者提出了各种干扰信道模型研究其容量和传输策略,成为当今信息理论界的一个研究热点。目前,干扰信道的容量和传输策略主要分为三类：一是点对点码下的干扰信道容量和传输策略,是目前通信系统中普遍采用的编码方案。二是叠加码下的干扰信道容量和传输策略,目前正进入实验阶段。三是可使用干扰对齐思想的多用户码下的干扰信道容量和传输策略,目前尚处在理论研究阶段。然而,它们都不能确定一般两用户干扰信道的容量。它们之间的性能差距也尚不清楚。本文对使用点对点码和叠加码下的干扰信道容量以及传输策略进行了深入分析和研究,通过比较它们之间的性能差距,为实际通信系统选择编码方案提供理论指导,为各自的高效信息传输策略设计提供依据；通过分析它们之间的内在联系,促进对各自可达速率区域的理解和简化它们的计算,促进建立各自的容量区域,尝试建立一般两用户干扰信道的容量区域,并向多用户干扰信道或干扰网络扩展。由于点对点码下的可达速率区域很多,且各有优劣,要和叠加码下的最佳可达速率区域进行比较和进行后续的研究,研究的关键就是为点对点码下的干扰信道确立一个最佳可达速率区域。本文的研究内容包括建立点对点码下两用户干扰信道的最佳可达速率区域,分析干扰信道中点对点码和叠加码间的关系,比较两用户高斯干扰信道使用点对点码和叠加码的性能,点对点码和叠加码可达内界向多用户干扰信道的扩展,设计点对点码下干扰信道的高效信息传输策略五个方面,详述如下：针对两用户干扰信道,提出了一个基于点对点码的两用户离散无记忆干扰信道可达速率区域,它组合了目前所有点对点码下的基本传输策略,包含了点对点码下全部现有的内界,成为目前点对点码下,两用户干扰信道的最佳可达速率区。并将它推广到高斯干扰信道,从理论和数值结果两个方面,把它和目前点对点码下性能比较好的速率区域与和速率进行了比较,证实了它是目前点对点码下,两用户干扰信道的最佳可达速率区。HK和CMG速率区域是目前两用户干扰信道的最大可达速率区域,其计算和等价性比较难理解。本文提出了两种方法来证明HK和CMG两个速率区域的等价性。一种方法是,通过在编码方法不变的情况下,证明了采用逐次干扰消除译码方法可以达到HK和CMG速率区域,而关于采用逐次干扰消除译码过程中对译码顺序的分析,不仅证明了二者的等价性,还说明了同时叠加编码和顺序叠加编码的关系。第二种方法是从化简表达式的角度来化简HK和CMG两个速率区域的表达式,从而证明了二者的等价性。针对两用户高斯干扰信道,把本文提出的点对点码下的最佳可达速率区域和使用叠加码得到的目前最佳速率区域HK速率区域,从是否使用时间共享变量两个方面进行了性能比较,为实际通信中是选择点对点码还是叠加码提供了依据。有些两用户干扰信道的容量结果推广到多用户干扰信道是非常困难的。考虑了一类特殊的多用户干扰信道,循环干扰信道,该信道中每个用户只受到同方向上的一个相邻用户的干扰。证明了采用顺序叠加编码和逐次干扰消除译码方法达到的可达速率区域和HK与CMG推广到该信道上的可达速率区域是等价的。针对两用户高斯干扰信道发送端采用点对点高斯码情况下,提出了根据信道增益和功率参数联合达到系统的吞吐量最大化的译码策略,给出了最大吞吐量译码策略的两种等价的信道参数条件,证明了最大吞吐量译码策略并不仅依赖于信道增益的大小,而是由信道增益和功率参数共同决定的。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN972;TN92

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