信道信息受限下的干扰管理研究

发布时间：2017-07-29 10:05

  本文关键词：信道信息受限下的干扰管理研究

  更多相关文章： 无线通信网络 多天线 干扰对齐 信号子空间 本地信道状态信息 有限反馈

【摘要】：随着无线通信系统规模不断扩大以及无线通信需求的迅猛增长,干扰已经成为影响系统性能的主要瓶颈。在下一代无线通信系统中,干扰管理势必起到举足轻重的作用。然而,现有的干扰管理理论和策略还存在很多问题。比如,当信道状态信息受限时,无线通信网络中已有的信道容量结果和干扰管理策略将会面临新的难题和挑战。本文研究了信道信息受限情形下,多用户无线网络的极限性能和干扰管理策略,这主要包括信道信息受限时干扰对齐数值算法的设计,发射端信道信息受限时干扰信道的空间自由度,以及有限速率预编码反馈下的干扰管理策略等方面的问题展开深入研究。具体内容如下： 1)针对单数据流K用户干扰信道,提出了一种基于博弈理论与和速率最大化问题的分布式信号子空间干扰对齐算法。通过同时考虑干扰信号子空间最小化以及和速率最大化问题,给出了一个博弈理论框架来解释干扰信道中用户之间的博弈关系并且构建了相应的利己利他贝叶斯博弈代价函数。相比于其它的干扰对齐策略,所提出的算法在只知道发射端和接收端本地局部信道状态信息的情况下即可以实现渐进的空间干扰对齐。仿真结果表明,本算法能实现的自由度与完美信道状态信息下的Cadambe-Jafar干扰对齐策略中得到的自由度相同。此外,本算法能有效的最小化接收端期望信号子空间中的泄漏干扰能量,并且相比于其它的几个干扰对齐策略,也能获得一个中等的平均和速率性能。 2)针对无时频域符号扩展的K用户MIMO干扰信道,给出了发射端仅仅只有本地信道状态信息时系统总自由度的内界和外界。首先,利用干扰迫零技术,提供了发射天线数分别为M1,M2,接收天线分别为M1,N2的两用户MIMO干扰信道在发射端仅有本地信道状态信息时总的系统自由度以及可达性证明。该结果将完美信道状态信息下的自由度结论扩展到了发射端信道信息受限时的情形,并且验证了：该信道下发射端信道信息的损失并不会带来系统总自由度的下降。然后,通过比较约束条件和变量的个数,得到了3用户干扰信道在特定天线配置下总的可达自由度以及得到该自由度的干扰管理策略。而应用干扰迫零策略和信号子空间分析方法,我们将这一特定天线配置下的干扰管理策略及自由度结果推广到了更一般化的3用户干扰信道和K用户MIMO对称干扰信道。通过归纳与分析,证明了在发射端天线都为Mt,接收端天线都为Nr的K用户MIMO对称干扰信道中,当发射端仅有本地信道状态信息时,总的可达空间自由度为：min(K min(M,N,),max(M,,N,))。另外,根据多用户信息论中的精灵协助外界和多用户接入信道自由度结果,我们给出了接收端天线数不小于发射端天线数时系统总的空间自由度外界,通过比较可以发现,该外界与之前所证明的可达界之间是紧致的。 3)给出了有限速率发射预编码矩阵反馈情况下,K用户干扰信道实现空间干扰对齐的反馈策略和充分条件。在提出的反馈策略中,假设发射预编码矩阵通过一条无误差,无干扰的反馈链路以码本索引号的形式从接收端传输给对应的发射端。反馈策略给出了实现空间干扰对齐的理论复用增益所需要的反馈比特数。另外,通过考虑泄漏干扰的能量水平,验证了该反馈比特数下空间干扰对齐策略的可行性。根据相关分析,为了实现发射端拥有全局信道状态信息时空间干扰对齐策略所能达到的复用增益,每个接收端所需要反馈的比特数(或者反馈速率)应该满足：B≥d(M-d)log2p,这里M和di分别是发射端天线数和第i个用户的数据流个数,P是信道总的发射功率。仿真结果表明,基于有限预编码矩阵反馈的数值干扰对齐算法可以实现全局信道状态信息下的空间干扰对齐复用增益。
【关键词】：无线通信网络 多天线 干扰对齐 信号子空间 本地信道状态信息 有限反馈
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN911.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-9
• 专业术语注释表9-11
• 插图索引11-15
• 1 绪论15-31
• 1.1 研究背景和意义15-19
• 1.2 研究现状19-28
• 1.3 论文的主要内容和结构安排28-31
• 2 多用户网络及其干扰管理策略31-60
• 2.1 干扰信道的容量分析31-38
• 2.2 基于干扰对齐的干扰管理方法38-46
• 2.3 信道状态信息受限时的干扰网络自由度46-51
• 2.4 有限速率反馈下的多用户网络51-59
• 2.5 本章小结59-60
• 3 基于博弈理论的信号子空间干扰对齐策略60-80
• 3.1 引言60-61
• 3.2 系统模型61-63
• 3.3 干扰信道的贝叶斯博弈模型63-68
• 3.4 和速率中的博弈关系68-71
• 3.5 接收端干扰子空间计算方法71-73
• 3.6 收敛性标准和实现算法73-75
• 3.7 仿真结果75-78
• 3.8 本章小结78-80
• 4 本地CSIT情况下MIMO干扰信道的自由度80-109
• 4.1 引言80-83
• 4.2 系统模型83-84
• 4.3 两用户干扰信道84-88
• 4.4 K用户MIMO干扰信道空间自由度的内界88-99
• 4.5 K用户MIMO干扰信道空间自由度的外界99-106
• 4.6 本地CSIT下空间自由度的损失106-107
• 4.7 本章小结107-109
• 5 有限预编码矩阵反馈下的空域干扰管理109-118
• 5.1 引言109-110
• 5.2 系统模型110-111
• 5.3 预编码矩阵的量化和反馈策略111-113
• 5.4 空间干扰对齐的反馈比特量113-116
• 5.5 仿真结果116-117
• 5.6 本章小结117-118
• 6 总结与展望118-121
• 6.1 全文总结118-119
• 6.2 展望119-121
• 致谢121-123
• 参考文献123-130
• 附录1 攻读博士学位期间的学术论文130-131
• 附录2 博士研究生期间参与的项目131

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本文编号：588593