MIMO中继系统中的干扰对齐技术研究

发布时间：2020-07-09 18:57

【摘要】：在第三代合作伙伴计划(The3rd Generation Partnership Project,3GPP)提出的长期演进技术升级版(Long Term Evolution Advanced, LTE-A)标准中,中继转发技术以及多输入多输出(Multiple-Input-Multiple-Output,MIMO)技术被明确列为推荐解决方案。融合二者的MIMO中继技术有望成为未来移动通信系统中最富有竞争力的技术之一。然而,MIMO中继系统,尤其是多用户双向/多向中继系统的性能受到多用户干扰的严重制约。有效的干扰处理方法是挖掘MIMO中继技术潜能的关键所在。干扰对齐(Interference Alignment,IA)作为一种干扰处理方法,因其在干扰信道等场景中突出的干扰处理效果,近年来受到了学术界的广泛关注。同时,IA也为MIMO中继系统中的干扰处理提供了新思路。本文以MIMO中继系统为研究对象,重点研究了三种典型场景：多向中继X信道、Y信道和多对双向中继信道中基于IA技术的传输方案。此外,还对传输方案相关的波束成形设计和用户调度等问题进行了讨论。本文的主要研究内容和创新点归纳如下： (1)针对多向中继X信道,本文提出了一种基于IA的传输方案。在该方案中,所有的信息交换在两个时隙内即可完成,与传统方案相比,提高了频谱效率。本文还对传输方案的可行性条件进行了分析,确定了本方案的适用范围。此外,本文还对传输方案的可达自由度(Degrees of Freedom,DOF)进行了理论分析,并通过数值仿真对分析结果进行了验证。结果表明,与传统的基于迫零(Zero-Forcing,ZF)收发机的传输方案相比,本方案取得了更高的DOF。 (2)针对Y信道的一种特殊场景,本文推导了该场景的精确DOF。首先,通过假设用户之间存在充分的协作,并利用割集定理获得了该场景的一个DOF上界。然后,本文提出了一种基于非对称干扰对齐的传输方案,并通过理论分析和数值仿真,证明了该传输方案可以达到DOF的上界。结合DOF的上界和可达性证明,本文获得了该场景的精确DOF。此外,为了进一步提高所提传输方案的和速率性能,本文还提出一种迭代的波束成形优化算法,对用户处和中继处的波束成形设计进行了联合优化。最后,通过仿真验证了所提算法的性能增益和收敛速度。 (3)针对多对双向中继信道,本文提出了一种基于非对称干扰对齐的传输方案,并对其可达的DOF进行了理论分析,数值仿真的结果也表明所提方案的可达DOF明显优于传统方案。然后,针对所提传输方案,本文提出了一种结合罚函数法和拟牛顿法的联合波束成形优化算法,仿真结果表明该算法显著提高了和速率,并且具有良好的收敛性。此外,本文还提出了一种基于准正交原则的用户调度算法,有效地利用了场景中的多用户分集,进一步提高了所提传输方案的和速率。
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN919.3;TN972
【图文】：

2.2.2时域干扰对齐如图2-1所示，时域的干扰对齐；^通过传播延迟来实现的1831。所丫j的发射端部在奇数T隙发射彳丨号，由Jjh离+ M，这些丨丨号达到外个接收端的T间+以接收端I为例，来自发射端1的丨■：丨兮经过1个T隙达到接收端1,似；^来自发射端2和发射端3的号则需要2个T隙才能达到。接收端2和3的情况也；相M的。从而，各个接收端在奇数时隙接收到丨丨用f■；丨弓?，干扰则对齐到了偶数时隙中。每个发射端可以利用+的时间来发射丫丨用位号，而在传统的基于时分k用的方案中

2.21图2-5 MIMO干扰广播信道h_型图2-6 MIMO干扰/播信道信号空间图产十.自连续的分介，所以17用位号的方丨I'ljHii (H2|)_IS2和可能对齐。从l(lj在2个接收端分R%利用2?线性接收机，即可恢出用丨号。可见IA方案实现了4的DOF。?lafar等人还将IA方案推广到了节点的天线数为M时的场i；;屮，证叫/可以达到的自由度。2.3.2 M1M0干扰广播信道的自由度MIMO干扰广播位对M1M0干扰位逝的扩展，利iij之处主要在于每个发送端所要服务的接收端〈止1个。Shin等人研宄了2小区MIMO干扰广播位m中的1八传输方案，并分析了可达的D0FI841。如图2-5所示，每个小区中Yn个基站，配^！^^/副天线

产十.自连续的分介，所以17用位号的方丨I'ljHii (H2|)_IS2和可能对齐。从l(lj在2个接收端分R%利用2?线性接收机，即可恢出用丨号。可见IA方案实现了4的DOF。?lafar等人还将IA方案推广到了节点的天线数为M时的场i；;屮，证叫/可以达到的自由度。2.3.2 M1M0干扰广播信道的自由度MIMO干扰广播位对M1M0干扰位逝的扩展，利iij之处主要在于每个发送端所要服务的接收端〈止1个。Shin等人研宄了2小区MIMO干扰广播位m中的1八传输方案，并分析了可达的D0FI841。如图2-5所示，每个小区中Yn个基站，配^！^^/副天线，在每个小区的边缘彳/2个用户，均配^fWV|’l_|lj天线。我们考虑卜行的传输，每个基站Sj要n其所在小区内的2个用户分别发送独立的位息，于网络屮存在两种干扰：小区内的用户闻干扰和小区间干扰。如何高效地利用网络屮的空间维度资源来19

【共引文献】

相关期刊论文 前10条

1 阳松;李彦良;;一种用于WLAN/WiMAX的三频MIMO天线设计[J];电子科技;2013年11期

2 鲁照华;张晓丹;肖华华;刘锟;胡留军;潘长勇;;大规模天线阵列系统技术探析[J];电视技术;2014年05期

3 张文;黄继海;吉江;;防内外部窃听的多播物理层安全算法[J];电讯技术;2014年07期

4 CAO Yuan;WEN Yinghong;XU Wei;XIE Xin;;Directional Beamforming for High-Speed Railway Communications with Frequency Offset Precorrection[J];Chinese Journal of Electronics;2014年01期

5 郭涛;李有明;雷鹏;季彪;李程程;;MIMO中继系统中一种基于用户QoS的资源分配方法[J];电信科学;2015年04期

6 吴金隆;张新贺;门宏志;金明录;;一种新的空间调制QPSK信号检测算法[J];大连理工大学学报;2015年03期

7 高倩;张福金;;基于高速铁路通信的多波束机会波束赋形技术[J];计算机工程与应用;2013年18期

8 刘芫健;高立东;施秦健;宋丹;汪嘉文;;基于SBR仿真研究粗糙度对室内MIMO电波传播特性的影响[J];中国电子科学研究院学报;2013年05期

9 叶新荣;朱卫平;;基于压缩感知的MIMO双选择性衰落信道的估计[J];南京邮电大学学报(自然科学版);2014年01期

10 薛猛;;基于MIMO技术的无线定位精度改进[J];计算机应用与软件;2014年03期

相关博士学位论文 前10条

1 刘祖浩;非均匀无线自组织网络容量及相关性能研究[D];华中科技大学;2013年

2 徐晶华;移动网络用户调度与协作无线资源管理研究[D];华中科技大学;2012年

3 师晓晔;无线协作系统中的HARQ技术和能效增强技术研究[D];西安电子科技大学;2013年

4 宋婧;无线中继网络中资源优化分配策略的研究[D];西安电子科技大学;2012年

5 杨烨;无线中继网络中的协作传输技术研究[D];西安电子科技大学;2013年

6 杨云川;面向物理层安全的预编码技术研究[D];北京邮电大学;2013年

7 韩佳巍;大容量模分复用光传输系统的若干关键技术研究[D];北京邮电大学;2013年

8 张海涛;MIMO无线中继系统中的均衡技术研究[D];北京邮电大学;2013年

9 王骥;协同通信中的MIMO技术研究[D];北京邮电大学;2013年

10 张晓亮;无线协作通信系统中资源管理和优化技术研究[D];北京邮电大学;2013年

本文编号：2747853