MIMO中继信道下多用户干扰协作传输研究

摘要

近年来，无线通信用户的数量正随着无线通信业务的飞速发展而不断增加，尤其是移动互联网的兴起，使用户数量以及用户对多元化服务的需求急速增长。然而，无线资源的紧缺对现有通信技术以及通信网络构架产生了巨大挑战，如何利用有限的无线资源提高通信系统容量成为了热点研究课题。近年的研究结果表明，多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）技术，使中继通信模型能够在不增加频谱资源和天线发射功率的前提下成倍的提升系统容量；信号空间对齐（Signal Space Alignment，SSA）技术作为一种新型多址接入方式，通过充分复用空间资源实现多个独立信息流的无干扰传输，可以减少信息对系统空间维度的占用，从而提高空间资源的利用率。近年来，许多研究学者开展了关于 SSA技术的相关研究,但大多数研究集中于对称信息流的经典信道系统。其研究成果在实际应用中具有局限性。因此，本文重点关注非对称信息流的多用户 MIMO多向中继（ Multi-User MIMO Multi-Way Relay，MU-MIMO MWR）系统。结合已有的SSA技术，设计一种采用新型信号对齐处理方式的传输算法，在保障传输可靠性的前提下实现高谱效通信，从而进一步提升系统容量。论文的主要工作如下：
　　首先，本文针对非对称信息流的传输特征，给出了一种基于环规划思想的多用户 MIMO无线中继普适传输方案，该方案基于传输效率最优准则对系统自由度（Degree of Freedom，DoF）元组及中继资源进行合理分配，实现对系统资源的高效利用。
　　其次，给出了4用户MIMO MWR信道模型自由度域的定义，证明了所提传输算法在自由度域内自由度元组的可达性，同时还分析了该算法的天线约束条件。该算法通过中继预处理矩阵及用户接收矩阵的联合设计实现信号的空域对齐，克服了传统 SSA技术主要用于对称信息流的信道模型的限制。在此基础上，将该算法扩展至具有普适性的用户情形，并给出其自由度域内自由度元组的算法实现。K
　　最后，分析了系统的自由度上界以及系统和速率，证明了该算法能扩大自由度上界的可实现范围，减少系统所需天线数目。与此同时，通过对模型中独立信息流数量的不同配置，可将本文所提信道模型特例化为现有的多种经典信道模型。通过仿真对比证明了本文的传输算法涵盖现有的多种经典信道模型，且能实现与它们各自经典算法相近的系统性能。证明了本文所述算法具有灵活性和普适性。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2研究背景

1.3国内外研究现状

1.4论文研究内容

1.5论文结构安排

第二章 MIMO中继传输系统

2.1网络编码

2.2自由度相关基础

2.3 SSA技术

2.4信道对角化与循环传输技术

2.5本章小结

第三章 MIMO中继系统天线数与自由度分析

3.1引言

3.2经典信道模型算法性能分析

3.3现有MU-MIMO MWR模型算法性能分析

3.4本章小结

第四章 MIMO MWR信道下高效信息传输算法设计

4.1引言

4.2信道模型

4.3基于环规划的传输过程

4.4 4用户MIMO MWR信道下高效信息传输算法设计

4.5 K-用户MIMO MWR信道下信息传输算法设计

4.6本章小结

第五章 算法性能分析

5.1引言

5.2算法可行性验证

5.3系统天线数的比较

5.4系统的自由度分析

5.5信道模型特殊化

5.6本章小结

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致谢

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