基于速率分裂的干扰信道容量及传输策略研究

摘要

提高网络信息容量，一方面需要增加网络的覆盖及提高信息的传输速率，另一方面用户密度的增加要求能有效解决干扰问题。近年来，MIMO、空时编码、机会调度、现代信道编码（Turbo码、LDPC码和Rateless码）、中继协作等技术的出现，在解决了第一类问题的同时加剧了小区内、小区间和网络间的干扰。因此，干扰日益成为制约提升通信系统性能的瓶颈，如何消除干扰带来的影响成为无线通信网络的研究重点。本文针对干扰信道的容量和传输策略问题进行研究，主要成果可概括如下： ⑴针对高斯干扰信道，提出了一种基于最大最小公平性的译码次序新算法。结合该算法，推导出和速率近似最大的速率分裂层数表达式。通过该译码次序新算法得到的和速率较已有贪婪算法得到的和速率有明显提高，并随着干扰强度的增加，其和速率逼近Sason提出的和速率内界。 ⑵基于以上提出的译码次序算法，针对两用户高斯干扰信道提出了基于速率分裂的固定功率最优化分配算法。该系统中，每个发射端将所要传输的信息分成多层并行信息，通过固定功率最优化分配算法对每层信息赋予相应的功率，并将其叠加后进行传输;每个接收端采用之前提出的译码次序新算法对接收到的每层信息（包含有用信息和干扰信息）进行译码。两种算法的结合能够在不牺牲任何用户速率下提高系统的吞吐量，并在理想情况下能够进一步逼近Sason的和速率内界。 ⑶通过分析Han-Kobayashi(HK)策略在多用户对称循环高斯干扰信道中的应用，提出了一种自适应奇偶对称速率分裂方案。具有低复杂度的该方案针对不同的信道条件设计出相应最优分裂系数和速率分裂方案。在高信噪比和一般信噪比环境下，自适应奇偶对称速率分裂方案得到的和速率在较大范围内明显大于由对称速率分裂方案和Etkin等人提出的速率分裂方案所得到的和速率，且在一般信噪比下能够逼近HK和速率内界。 ⑷通过提出可达速率的内界和外界，进一步研究了HK策略在级联高斯Z干扰信道中的性能。通过增加级联高斯Z干扰信道的约束条件得出该信道的速率内界;参考Etkin等人针对两用户干扰信道提出的两种精灵辅助方案，得出级联高斯Z干扰信道的两条速率外界。通过推导速率内外界之差得出，在级联高斯Z干扰信道中利用HK策略所得到的速率內界距离信道容量约1bit。

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摘要

缩略语

第一章 绪论

§1．1 干扰信道研究背景及模型

§1．2 干扰信道容量的研究

§1．3 干扰信道中高效传输策略的研究

§1．4 速率分裂技术在干扰信道中的应用

§1．5 内容安排及主要结果

第二章 干扰信道的容量及其传输策略

§2．1 HK速率可达区域

2．1．1 两用户离散无记忆干扰信道

2．1．2 两用户高斯干扰信道

§2．2 干扰信道的和速率

2．2．1 两用户干扰信道的和速率

2．2．2 Z高斯干扰信道的和速率

§2．3 ETW容量内外界

2．3．1 容量内界

2．3．2 容量外界

§2．4 ETW方法在多用户干扰信道上的推广

§2．5 本章小结

第三章 基于速率分裂的高斯干扰信道译码次序算法

§3．1 引言

§3．2 多用户高斯干扰信道

3．2．1 干扰信道模型

3．2．2 速率分裂模型

3．2．3 译码次序模型

§3．3 完全译码次序算法

§3．4 数值结果

§3．5 本章小结

第四章 基于速率分裂的高斯干扰信道功率分配算法

§4．1 引言

§4．2 系统模型

4．2．1 两用户标准高斯干扰信道模型

4．2．2 两用户标准高斯干扰信道速率分裂模型

§4．3 功率分配算法

4．3．1 平均功率分配算法

4．3．2 最优化固定功率分配算法

§4．4 数据结果

§4．5 本章小结

第五章 对称循环高斯干扰信道的速率分裂方案及其可达和速率

§5．1 引言

§5．2 系统模型

§5．3 N用户对称循环高斯干扰信道的速率分裂策略

5．3．1 对称速率分裂方案

5．3．2 自适应奇偶对称速率分裂方案

§5．4 数值结果

5．4．1 高信噪比情况

5．4．2 一般信噪比情况

§5．5 本章小结

第六章 基于速率分裂的多用户Z高斯干扰信道可达速率

§6．1 引言

§6．2 信道模型

§6．3 速率内界

§6．4 速率外界

6．4．1 外界1

6．4．2 外界2

结束语

致谢

参考文献

博士期间工作成果