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基于干扰对齐的异构网络干扰管理技术研究

刘国庆  
【摘要】:异构网络通过在宏蜂窝网络中布设微蜂窝,可以有效解决移动用户快速增长的速率需求,改善蜂窝网络的室内及热点地区覆盖情况,提升网络的容量,是未来网络的重要形态。但是,通过布设微蜂窝的方式虽然可以提高频谱的利用率,却带来了严重的干扰问题。因此,干扰管理成为异构网络中的重要研究内容之一。异构网络中存在两种类型的干扰,即宏蜂窝与微蜂窝之间的层间干扰和微蜂窝之间的层内干扰。这两种干扰严重阻碍了网络频谱效率的提升。然而特殊的网络结构和复杂的干扰关系,使得异构网络的干扰管理面临着巨大的挑战。干扰对齐作为一种先进的干扰处理技术,可以有效解决无线网络的干扰问题,提升网络的自由度。然而网络中干扰的复杂性,使得异构网络中干扰对齐的设计与应用相比于传统蜂窝网络具有更大的挑战。因此,本文针对异构网络中的干扰对齐技术进行了研究,通过利用网络的异构性及部分连通性,提出了一种新的干扰对齐方案;并针对异构网络中微蜂窝大量随机布设的特点,通过将干扰对齐与干扰避免以及干扰消除技术相结合提出了联合干扰管理方案,以增强干扰管理效果。本文的主要研究内容简述如下:1.提出了一种异构网络下行干扰对齐方案,有效缓解了异构网络的下行干扰,提升了网络自由度。通过利用网络的异构性(即不同基站在发送功率、天线数目等方面的差异)及部分连通性(即距离较远微蜂窝之间的弱干扰特点),设计了一种两阶段干扰对齐方案。第一阶段根据网络异构性设计了宏蜂窝与一组全连通微蜂窝的干扰对齐方案,第二阶段设计了一组部分连通微蜂窝的干扰对齐方案使得其可以与第一阶段中的网络同时传输,有效提升了异构网络的自由度。由于层间干扰的存在使得宏基站服务的用户数对系统总自由度有很大的影响(增加宏基站服务的用户可以提高宏蜂窝的自由度,但是会从更多的维度上对微小区链路造成干扰)。所以,根据所提出的两阶段干扰对齐方案,深入分析了宏基站服务用户数对网络总体自由度的影响,推导出了宏基站服务单用户比服务多用户可获得更多自由度的条件;并基于此条件设计了一种可确定应服务宏用户最优数目的低复杂度算法。仿真结果表明,所提出的两阶段干扰对齐方案可以有效提升异构网络的自由度。2.提出了一种基于干扰对齐和干扰避免的联合干扰管理方案,解决了异构网络中微蜂窝随机布设所导致的复杂干扰问题。针对异构网络中微蜂窝布设的随机性,以及整个网络干扰对齐的不可行性(基站和用户配备天线数目有限,受限于干扰对齐的可行性条件,无法使整个网络达到干扰对齐),提出了一种基于干扰对齐和干扰避免的联合干扰管理方案。该方案根据两阶段干扰对齐的可行性条件,提出了一种微蜂窝调度机制,通过将满足可行性条件的微蜂窝调度在同一时隙传输,而将不满足可行性条件的微蜂窝调度到不同的时隙去传输以避免干扰。该方案最小化了调度所有微蜂窝所需要的时隙数以保证微蜂窝用户的公平性,并且在此基础上最大化微蜂窝的传输次数以有效提升网络频谱利用率。仿真结果表明,所提出的联合干扰管理方案可以有效提高异构网络的传输速率。3.提出了一种异构网络上行干扰对齐与消除方案,有效解决了异构网络的上行干扰问题。针对微蜂窝随机布设导致最优干扰消除顺序及干扰对齐方案难以确定的问题。通过对用户、基站和干扰消除建立约束的方式,将最优的干扰对齐与消除方案建模为一个最优化问题。并且通过给出用户的预编码设计方法,证明了干扰对齐与消除方案的可行性。仿真结果表明该方案可以有效提高网络中可同时传输的数据流数目。另外,针对干扰对齐会导致较大网络反馈开销的问题,提出了一种机会干扰对齐与消除方案。该方案通过利用多用户分集增益,调度最能将信号对齐到其它基站干扰空间的用户进行服务,有效降低了网络的反馈开销。在用户调度中,通过考虑干扰消除的影响(即干扰消除可消除部分网络干扰)提出了一种新的用户调度准则及一种序贯的用户选择策略以实现低复杂度的用户调度;并且通过对用户选择、解码向量及功率控制进行联合决策保证了每个用户的信干噪比。仿真结果表明该方案以较低反馈开销取得了良好的性能。


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