多小区MIMO通信系统干扰对齐技术研究

摘要

移动通信技术日新月异，通信系统中的用户及终端设备星罗棋布，面对日益复杂的网络传输环境，需要有效的技术去解决频谱资源短缺的问题以应对未来通信网络对更高传输速率、更好覆盖、更低发射功率的需求。 现有的蜂窝通信网络为提高频谱利用率大多采用频率复用因子为1的方式组网，小区和用户对频率资源的复用带来了严重的小区和用户间干扰，极大地制约了蜂窝系统的通信质量。近年来，干扰对齐技术作为一种抑制干扰的创新型技术，因能有效地消除网络中的干扰、提高系统传输速率而受到越来越多研究人员的青睐。 论文重点研究蜂窝系统下行通信链路中的干扰对齐技术，针对现有一些干扰对齐算法有的仅对干扰信号进行抑制而忽略了对有用信号的控制；有的虽然进行了干扰信号与有用信号的联合优化却要求通信信道满足互易性条件的不足，提出适用性广、系统传输速率高的干扰管理方案。本文的主要研究内容如下： (1)考虑小区内用户间干扰，对蜂窝下行通信链路中用户的接收信号重新建模，联合优化有用信号和所有的干扰信号。 (2)基于上述模型，提出基于秩约束的用户间小区间干扰矩阵秩最小化(rank constrained inter-user and inter-cell interference matrix rank minimization,RCRM-UC)干扰对齐算法，该方案在有用信号占据所有可用信号空间的约束条件下最小化小区间和小区内用户间干扰信号维度，联合优化有用信号和干扰信号；算法后期采用凸优化方法求解干扰对齐所用的预编码矩阵和接收端干扰抑制矩阵。 (3)针对基站侧天线数与用户终端天线数目的不均衡现状，结合发射天线选择技术提出基于最大F范数天线选择的用户间小区间干扰矩阵秩最小化(norm based antenna selection rank constrained inter-user and inter-cell interference matrix rank minimization,NBS-RCRM-UC)干扰对齐算法，进一步提高系统传输速率。此算法首先进行基于最大F范数的天线选择选出性能良好的天线集合传输数据，然后再利用基于秩约束的干扰对齐技术消除干扰。 (4)对上述提出的两种算法进行蒙特卡罗仿真实验，模拟算法在不同天线配置和不同发射数据流数目下系统平均总速率随信噪比的变化情况，并与同类型算法进行速率方面的性能比较，仿真结果表明了所提算法能有效提高系统的传输速率。

目录

声明

第1章 绪论

1.1课题来源

1.2课题研究背景及意义

1.3国内外研究现状

1.4主要工作与结构安排

第2章 干扰对齐技术理论分析

2.1干扰对齐基本原理

2.2干扰对齐关键技术

2.3干扰对齐实现方式

2.4干扰对齐性能增益

2.5本章小结

第3章 RCRM-UC干扰对齐算法的研究与实现

3.1系统模型

3.2干扰对齐的可行性条件

3.3干扰对齐的实现算法

3.4基于秩约束的RCRM-UC干扰对齐算法

3.5仿真结果与分析

3.6本章小结

第4章 NBS-RCRM-UC干扰对齐算法的研究与实现

4.1天线选择技术性能研究

4.2天线选择方案的分析与验证

4.3基于天线选择的NBS-RCRM-UC算法

4.4仿真结果与分析

4.5本章小结

第五章 总结与展望

5.1工作总结

5.2工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果