无线网络串行干扰消除功率控制研究

摘要

无线通信系统的高带宽和多用户是下一代无线通信技术的发展要求，但随着带宽的提高和用户的增加，无线信道固有的资源有限和信道衰落势必会导致用户之间干扰的加剧，限制了无线通信系统的容量，解决此问题的有效途径是多用户检测技术。近年来，多用户检测技术的研究侧重于其非线性实现方法，包括串行干扰消除、并行干扰消除和迫零判决反馈。其中串行干扰消除由于算法复杂度低、易于实现成为研究的重点。该算法使用迭代方式解出接收的多路混合信号，每一次迭代过程中，在含有多路信号和噪声的混合信号里减去解出的最强一路信号，然后从余下的信号中再选择次强的信号进行循环检测，直到信噪比小于等于给定阈值，检测过程结束。该方法在频谱资源受限的条件下可有效增大无线通信系统的网络吞吐量和用户容量，而串行干扰消除实现的前提是各移动端到达基站的信号强度满足适当的比值范围，这就需要对各移动端的发射功率进行控制。本文针对多移动端单基站CDMA系统的上行传输，以各路信号在基站的信噪比最优为目标，提出了串行干扰消除基于迭代、基于模糊逻辑和基于博弈论的三种功率控制方法。仿真数据表明，本文提出的功率控制方法可有效提高无线通信系统的网络吞吐量和用户容量。本文的主要工作如下:
　　(1)建立了基于信噪比的功率控制模型，为后续研究串行干扰消除的功率控制方法奠定基础。考虑了循环检测过程中信号不完全消除的情况，引入了不完全消除参数，研究了该参数在功率控制模型下与总发射功率减少量的关系，并分析了功率控制误差对信号解码的影响，定义了功率控制误差容限。仿真结果表明各移动端在基站的信号强度按照解码所需形成最佳梯度后，不完全消除参数取最小值与取最大值相比，可大大减少总发射功率。
　　(2)提出了串行干扰消除基于迭代的功率控制方法。考虑了信号消除不完全的情况，建立了迭代功率控制数学表达式，证明了迭代控制可行解的存在，分析了迭代功率控制方法的收敛性与不完全消除参数的关系，研究了变步长迭代功率控制对收敛性的影响，并与已有的三种经典功率控制方法进行对比。静态信道下的仿真结果表明该功率控制方法可有效提高网络吞吐量。
　　(3)提出了串行干扰消除基于模糊逻辑的功率控制方法。推导了移动端节点发射功率选择范围，设计了模糊逻辑功率控制的输入参数，分析了该方法的时间复杂度，提出了实现该功率控制方法的算法流程，并将该方法与已有的三神经典功率控制方法进行仿真比较，结果表明该方法计算复杂度小，具有较好性能，可有效提高网络吞吐量。
　　(4)提出了串行干扰消除基于博弈论的功率控制方法。建立了移动端发射功率的数学表达式，建立了串行干扰消除功率控制的非合作博弈效用函数，证明了纳什均衡的存在，给出了博弈论功率控制算法流程，并与已有的三种经典功率控制方法进行对比。仿真结果表明该方法可大幅度提高网络吞吐量。
　　(5)对所提出的三种功率控制方法的分析和比较。本文对所提出串行干扰消除的三种功率控制方法不仅与已有的经典功率控制方法进行比较，体现本文的研究价值，而且也在它们之间进行了比较。根据三种功率控制方法的计算复杂度、实现难度和功率控制效果的不同，可分别适用于不同的应用环境。

目录

声明

致谢

摘要

主要缩略语英汉对照表

第一章 绪论

1．1 选题背景

1．2 选题的目的和意义

1．2．1 选题的目的

1．2．2 选题的意义

1．3 国内外研究现状

1．4 论文主要内容和结构

第二章 无线通信技术及SIC相关知识

2．1 无线通信技术概述

2．1．1 1G和2G无线通信技术

2．1．2 3G无线通信技术

2．1．3 3GPP LTE和3GPP2无线通信技术

2．1．4 4G无线通信技术

2．1．5 5G无线通信技术

2．2 多用户检测基本概念

2．3 SIC多用户检测原理

2．4 仿真工具

2．5 本章小结

第三章 SIC功率控制模型

3．1 SIC功率控制研究概述

3．2 SIC基于SINR功率控制研究

3．2．1 等信号强度功率控制模型和等SINR功率控制模型

3．2．2 SIC最优解码顺序

3．2．3 数值仿真

3．3 SIC功率控制模型

3．3．1 移动端

3．3．2 传输信道

3．3．3 SIC功能的基站

3．3．4 SIC最优功率控制模型

3．3．5 SIC功率控制误差分析

3．3．6 估计误差分析

3．4 本章小结

第四章 SIC迭代功率控制

4．1 系统模型

4．2 可行解

4．2．1 可行解的计算

4．2．2 多信道效应

4．2．3 复杂度分析

4．3 迭代功率控制

4．3．1 SIC变步长迭代功率控制

4．3．2 SIC变步长迭代功率控制算法描述

4．3．3 不完全消除参数对功率控制影响

4．4 静态信道系统性能仿真

4．4．1 仿真模型

4．4．2 SIC变步长迭代功率控制收敛性

4．4．3 迭代功率控制性能仿真

4．5 本章小结

第五章 SIC模糊逻辑控制(FLC)功率控制

5．1 模糊逻辑控制(FLC)研究

5．1．1 隶属函数与模糊集

5．1．2 模糊集的基本概念

5．1．3 模糊集的操作

5．1．4 常用隶属函数

5．1．5 模糊推理与模糊规则

5．2 SIC模糊逻辑控制(FLC)功率控制模型

5．2．1 系统模型

5．2．2 问题描述和FLC功率控制方法

5．3 数值仿真

5．4 本章小结

第六章 SIC博弈论功率控制

6．1 博弈论研究概述

6．1．1 博弈论基本概念

6．1．2 合作博弈论

6．1．3 非合作博弈论

6．2 SIC博弈论功率控制

6．2．1 SIC博弈论功率控制背景

6．2．2 系统模型

6．2．3 SIC基于博弈论功率控制算法

6．3 SIC博弈论功率控制算法描述

6．4 数值仿真

6．5 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 论文研究总结

7．2 本文提出的三种功率控制方法比较

7．3 本文的创新点

7．4 未来研究方向

参考文献

攻读博士学位期间的学术活动及成果情况