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无线网络中干扰对齐算法研究

黄赢  
【摘要】:随着无线通信的持续发展,频谱资源的稀缺促使各种提高频谱利用率的技术得到了巨大的发展,其中多输入多输出(MIMO, Multiple-Input Multiple-Output)系统引起了越来越多的注意。MIMO系统中存在天线间干扰、用户间干扰及基站间干扰等多类干扰问题。干扰对齐作为一种新的干扰处理策略,颠覆了传统MIMO信道容量受限的观点而成为研究热点之一。发射机获取信道状态信息(CSI, Channel State Information)的程度对干扰对齐的性能是一个很大的影响因素。本文主要研究了在理想的接收机信道状态信息(CSIR, CSI of Receiver)条件下,发射机利用不同程度的CSI对干扰对齐算法产生的影响。具体如下: 1)为了处理发射机没有CSI的情况下的干扰对齐,在块衰落模型基础上研究了盲干扰对齐算法和交叉天线选取算法。分析了前者在X网络和干扰信道下的应用及后者在MISO广播信道和X信道下的应用。通过仿真分析得出:M×2X信道能达到2M/(M+1)的自由度;K用户干扰信道能达到K/2自由度。M根发射天线K个单天线接收机的MISO BC(Multiple-Input Single-Output Broadcast Channel)信道能达到MK/(M+K-1)自由度。 2)实际无线通信系统中发射机获取的CSI(CSIT, CSI of Transmitter)总是存在一定的误差,为了分析误差对干扰对齐算法性能的影响,在Gauss-Markov信道估计误差模型下,研究了5种干扰对齐算法:交替最小化算法、渐近干扰对齐算法、最大化信干噪比算法、最小化干扰泄漏算法以及最小均方误差估计算法。仿真结果表明:当信噪比小于20dB时,CSIT不精确系数β=0.01与拥有完美CSIT时的和速率几乎相同,即不精确系数小于等于0.01时,CSIT的不精确度对系统和速率影响较小,可忽略不计。 3)在快时变信道或高移动环境中,当前时刻与前一时刻CSI完全独立条件下,发射机能够通过反馈获得过时的CSI进行干扰对齐从而提高系统性能。重点研究了在MIMO广播信道、X信道及干扰信道中,如何使用这些过时信息进行干扰对齐。通过仿真研究得出如下结论:利用过时的CSIT,系统获得的总自由度与无CSIT相比都有适当增加;具体的,拥有KN根发射天线K个N天线接收机的MIMO广播信道能达到KN/(1+1/2+…+1/K)的自由度;每个节点拥有N根天线的MIMO X信道能达到6N/5的自由度;每个节点拥有N根天线的3用户MIMO干扰信道能达到9N/8的自由度。上述自由度均高于没有CSIT且不使用干扰对齐技术时的自由度N。


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