无线通信系统中干扰对齐技术的研究

无线通信系统中干扰对齐技术的研究

未来移动通信网络要满足更好覆盖、更高传输速率、更低发射功率的需求,但又面临着有限频谱资源和复杂传输环境的困境,因此新型网络架构和传输机制被提出,如自组织网络、异构网、中继协同传输等。这些新型网络架构和传输机制的引入实质上构成了新的干扰网络,必然带来新干扰问题。

近年来,干扰对齐被学术界视为一种能够有效抑制干扰的创新性无线传输策略,在网络容量分析方面取得了重大理论突破。干扰对齐从理论转化到实用面临着众多挑战,因此成为当前的研究热点。

本文主要关注制约干扰对齐实用化的两个重要因素,分别为信道状态信息获取和空域维度受限,以降低实施干扰对齐的反馈开销和空域维度需求为目标,对不同场景下的干扰对齐方案展开研究。主要工作如下：1. MIMO干扰信道中的反馈拓扑设计。

在MIMO干扰信道场景中,通过合理的反馈拓扑结构设计能够有效降低干扰对齐实施过程中产生的CSI开销。然而,传统反馈拓扑结构具有明显的缺陷：集中式反馈拓扑结构要么将大量的计算和反馈负担强加于系统中的某个接收节点,要么需要在网络中额外部署的新的硬件单元；而信道状态信息交互式反馈拓扑结构会产生较大的反馈时延。

因此,本文设计了三种新型的反馈拓扑结构,具体设计思路分别为：对收发节点进行配对分组、优化信令交互过程中传递节点的顺序,以及构思全新的干扰对齐闭式解。所提的三种新型结构不仅可以克服传统反馈拓扑结构的上述缺陷,同时能够进一步降低CSI开销。

2. MIMO干扰广播信道中基于干扰对齐的天线资源分配方案。通过对齐相邻

小区的同频干扰,干扰对齐技术能够大幅提升多小区MIMO干扰广播信道的空分

复用增益。

传统的干扰对齐闭式解方案由于对齐实施方法上存在的差异,在获得相同自由度的条件下对基站和用户的天线数目提出了不同的要求。从实用化角度考虑,用户终端不可能配备大量的天线,而基站可以部署大规模天线阵列。

因此,本文提出了一种基于干扰对齐的天线资源分配方案,通过灵活调节基

站和用户两侧的天线需求数目,能够实现天线资源用量与自由度增益的有效折中。此外,针对多小区两用户以及三用户的场景,提出了低复杂的干扰对齐实施算法,能够在保持自由度不变的条件下进一步降低现有算法的复杂度。

3.异构网中干扰对齐方案的天线资源用量分析和低空域维度需求的闭式解

研究。对于由C个微微小区和一个宏小区同频组网的异构网络,下行链路时系统中有C个微微用户和K个宏用户同时接收对应基站发送的数据(每用户接收d个数据流),这将带来严重的同级干扰与跨级干扰。

本文基于上述异构网模型,分别在封闭式接入(Closed Subscriber Group, CSG)模式和开放式接入(Open Subscriber Group, OSG)模式下建立了线性干扰对齐的广义可行性条件,并从广义可行性条件中推导出干扰对齐方案获得(C+K)d

个自由度的最少总天线资源用量,利用这个衡量指标可以验证具有任意天线配置的方案在天线利用方面的最优性。本文验证了传统的分级干扰对齐方案在CSG

模式下使用了最少的天线数量,然而在OSG模式下(无论天线数目和每用户数据

流个数如何取值)不是最优的天线利用方案。

对于CSG模式下的广义MIMO异构网,如何利用最少总天线资源用量得到干扰对齐闭式解是一个公开问题。因此,放宽最少总天线资源用量的制约后,设计了新

的基于闭式解的分级干扰对齐方案,相较于已有的闭式解具有更低的天线数目需求。

4.两小区两跳MIMO干扰信道的自由度下界。本文研究了两小区两跳MIMO 干扰信道的自由度下界,并提出一种不要求源节点和中继具有全局CSI的新型中继传输协议,达到2/3个归一化自由度时能够显著降低传统中继传输协议在目的节点的解码复杂度。

此外,利用渐进法,从理论上证明了中继和源节点不需要全局CSI时可以达到的归一化自由度为1。