多小区干扰广播信道实现干扰对齐的可行性分析

摘要

在无线通信系统中，小区间的干扰会严重制约蜂窝系统的容量以及理论上的自由度。传统的干扰管理策略包括频分复用、扇区划分等资源正交化技术均不能较好的利用频谱资源。干扰管理领域具有里程碑式的工作是2007年Jafar的工作小组提出了干扰对齐的概念，基本思想是充分利用干扰信号的结构特征，在发射端通过预编码方法控制干扰信号，让干扰信号在接收端对齐。通过干扰对齐的方法，Jafar证明了在K用户MIMO干扰信道中能获得的自由度可以达到K/2，与传统的方案相比极大地提升了频谱效率。
　　Jafar的工作让我们看到干扰对齐方法对于提高频谱效率具有巨大的潜力，但若要让其走向实用还有一些瓶颈亟待克服和攻关：首先是必须将K用户干扰信道拓展到多小区、多用户场景；其次是必须将分集长度为无穷的假设拓展到分集长度有限的情况，可以先从最简单的有限分集情况（分集长度为1）来展开研究；再就是必须有效降低算法复杂度等。本文主要研究了了蜂窝网络场景下分集长度为1的干扰对齐可行性问题，具体思路是将该问题抽象为多项式系统的有解性问题，并利用代数几何学的相关知识得到在蜂窝小区仅利用空间维度进行干扰对齐的约束条件。
　　为了对多小区、多用户蜂窝场景下仅利用空间维度的干扰对齐约束条件的可达性进行有效的论证，本文还提出了多小区干扰对齐迭代算法。该算法利用用户端的接收矢量消除大部分小区外的干扰，基站端的发射矢量消除小区内用户之间的干扰以及部分小区外的干扰。利用该干扰对齐算法，变换不同的参数进行仿真验证，得到的结果也在某种程度上可以验证之前求出的约束条件。对于每个小区系统参数相同的对称系统，蜂窝网络的约束条件可表示为M+N≧(GK+1)d,G为小区数，基站端天线数M，用户端天线数N，用户数K，每个用户传递的数据流个数d，该结论可以作为蜂窝网络进行用户选择的参考依据，为实际通信系统的设计提供参考依据。

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1 绪论

1.1.研究背景及意义

1.2.国内外概况研究

1.3.本文主要内容以及结构

2 干扰对齐可行性分析基础

2.1.蜂窝网络的自由度研究

2.2.线性干扰对齐可行性分析

2.3.干扰对齐迭代算法

2.4.本章小结

3 多小区干扰广播信道实现干扰对齐的约束条件

3.1.引言

3.2.蜂窝网络系统模型

3.3.干扰对齐的约束条件

3.4.本章小结

4 多小区干扰对齐迭代算法

4.1.引言

4.2.算法设计思路

4.3.仿真结果与性能分析

4.4.本章小结

5 总结与展望

5.1.全文总结

5.2.下一步工作展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间参与的科研项目和研究成果

附录2 中英文缩略词对照表