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非理想信道状态信息条件下干扰对齐技术研究

黄波  
【摘要】:无线通信技术经过几十年的发展,从系统所支持的信息传输速率、频谱利用率等各方面都获得了极大的提升。但随着用户数目的增加,干扰也越来越成为影响无线通信系统性能的一个重要的制约因素。因此,合理的干扰抑制技术成为国内外研究的热点之一。2008年,V.R.Cadambe等人提出了干扰对齐技术。因其能在抑制干扰的同时,保持合理的信号自由度而受到学术界的广泛关注,其基本原理是通过在发送端设计预编码矩阵,使得在每个接收端干扰被限制到同一线性空间,而将剩下的线性空间当做期望信号空间,接收端通过迫零矩阵消除干扰。本文的主要工作从干扰对齐的可行性条件出发,为了既保证干扰的消除,又能获得更好的自由度的性能,根据十扰对齐的可行性条件,论文分析了部分干扰对齐与干扰检测技术;干扰对齐需要根据发送端信道状态信息设计预编码矩阵,这对发送端的信道状态信息准确性提出了极大的要求,但在时变的信道中,由于有限反馈和延迟反馈,准确的发送端信道状态信息基本是不可能获取的。为此,论文重点分析了由于有限反馈和延迟反馈所引起的非理想发送端信道状态信息条件下的干扰对齐技术。 首先,论文分析了干扰对齐的基本原理、迭代干扰对齐、轮流最小值干扰对齐。无符号扩展的干扰对齐可行性条件表明:在对称系统中当用户数K≤(M+N)/d-1(M和N分别为收发天线数,d为自由度)时每个接收端能完全对齐干扰,否则将会有残留干扰存在;在非对称系统中,当(K为用户数目,Mk和Nk分别收发天线数,dk为自由度)时,干扰在接收端定不能完全对齐,有残留干扰存在。根据干扰对齐可行性条件和干扰检测方案,在存在路径损耗的干扰信道模型下,论文设计了一种动态的部分干扰对齐技术方案,对于残留的干扰采用干扰检测处理。相关分析和仿真表明,部分干扰对齐干扰检测能获得更好的自由度性能,并且与随机PIAID、迭代IA.Max-SINR IA(?)目比有更好的误符号率性能。 其次,针对由于有限反馈所带来的非理想信道状态信息问题,论文首先研究了两小区两用户多输入多输出多址干扰信道模型,分析和比较了完美反馈、有限反馈条件下干扰对齐的技术实施方案,并着重分析了有限反馈引起的和速率损失以及有限反馈条件下和速率下限。研究结果表明,在有限反馈条件下,只有在反馈位宽足够大时干扰对齐技术才能获得优于传统的TDMA系统性能;反之,不准确的干扰对齐会导致干扰对齐性能急剧恶化。其次,针对多输入多输出干扰信道模型,考虑信道的空间相关性和路径的损耗,研究了动态量化信道矩阵的有限反馈,研究结果表明,由于同时考虑了信道的相关性和路径损耗,采用动态量化的有限反馈能改善和速率性能。 最后,针对由于延迟反馈所带来的非理想信道状态信息问题,论文首先分析了块衰落信道模型下基于迫零波束和MAT方案的干扰对齐技术,给出了迫零波束和MAT方案各自的自由度。论文分析表明,块衰落模型下采用时空干扰对齐(STIA)技术在发送天线数M=2,用户数K=3,延迟率0≤γ≤1/3时仍能获得与迫零波束相当的2个自由度。论文在分析适用于块衰落信道模型的时空干扰对齐技术的基础上,讨论了一般情况下的时空干扰对齐技术应用方案。论文分析结果显示,在用户数为K,天线数M=K-1,延迟率0≤γ≤1/K时,块衰落信道模型下时空干扰对齐技术仍能获得K-1的自由度,显著优于ZF-TDMA和ZF-MAT。


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