發(fā)布時(shí)間：2020-03-19 15:03

【摘要】：隨著寬帶無(wú)線通信的發(fā)展以及物聯(lián)網(wǎng)等新興業(yè)務(wù)的提出,對(duì)頻譜資源的需求呈現(xiàn)出爆發(fā)式的增長(zhǎng)。作為一種不可再生資源,頻譜資源的分配情況趨于飽和,有限的頻譜資源逐漸成為制約無(wú)線技術(shù)發(fā)展的瓶頸。下一代無(wú)線通信將頻譜共享作為研究熱點(diǎn),引發(fā)了對(duì)于頻譜認(rèn)知接入技術(shù)的廣泛探究。為了提高頻譜效率,滿足高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求,基于認(rèn)知無(wú)線電的分層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)被認(rèn)為是下一代移動(dòng)通信、工業(yè)4.0、物聯(lián)網(wǎng)以及智能電網(wǎng)等領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)和研究方向之一。然而,分層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及認(rèn)知接入會(huì)對(duì)原有宏小區(qū)網(wǎng)絡(luò)引入復(fù)雜的同層及跨層干擾,對(duì)干擾管理技術(shù)提出了新的要求與挑戰(zhàn)�，F(xiàn)有的傳統(tǒng)認(rèn)知無(wú)線電干擾管理技術(shù)多為基于頻譜感知和頻譜切換的干擾避免,或基于網(wǎng)絡(luò)間的完全協(xié)作編碼,認(rèn)知用戶服務(wù)質(zhì)量受限于授權(quán)用戶的通信狀態(tài)。為了進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)容量性能并降低協(xié)作開(kāi)銷,本文基于認(rèn)知MIMO技術(shù)對(duì)空域信道資源進(jìn)行認(rèn)知,利用多天線編碼技術(shù)探索分析了認(rèn)知異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的干擾管理問(wèn)題。分別針對(duì)網(wǎng)絡(luò)下行鏈路集中式編碼、上行鏈路分布式編碼以及用戶分組問(wèn)題開(kāi)展深入研究,并提出了具有理論創(chuàng)新的算法。首先,針對(duì)認(rèn)知異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下行鏈路中的干擾問(wèn)題,本文提出了基于矩陣降維和用戶漏功率的集中式預(yù)編碼算法,對(duì)廣播信道干擾進(jìn)行有效管理。具體的,根據(jù)認(rèn)知無(wú)線電的特性,基于多信道比率(Multi-Channel Ratio,MCR)設(shè)計(jì)了一種無(wú)需授權(quán)用戶反饋的跨層干擾信道估計(jì)方法。在此基礎(chǔ)上,利用得到的干擾信道結(jié)合矩陣降維,以較低復(fù)雜度消除網(wǎng)絡(luò)中的跨層認(rèn)知干擾。對(duì)于微小區(qū)內(nèi)存在的同層干擾,采用最小漏功率準(zhǔn)則和廣義Rayleigh商對(duì)耦合優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行解耦合,并利用矩陣協(xié)同對(duì)角化對(duì)信道增益進(jìn)行均衡以降低用戶誤碼率。為了提高網(wǎng)絡(luò)的用戶接入能力,本文還結(jié)合非正交多址接入(NOMA)技術(shù)設(shè)計(jì)了混合波束賦形算法,發(fā)掘用戶信道差異從而允許更多用戶接入網(wǎng)絡(luò)。與傳統(tǒng)的預(yù)編碼算法相比,本文提出的算法無(wú)需授權(quán)用戶的協(xié)作編碼,具有更好的自組織性。仿真結(jié)果表明,所提算法能夠提供更高的網(wǎng)絡(luò)容量和更優(yōu)的誤碼性能,同時(shí)避免了對(duì)宏小區(qū)授權(quán)用戶的通信造成影響。其次,深入研究了認(rèn)知異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)上行鏈路的分布式干擾抑制編碼。本文基于信道互易性以及零空間迭代定理,提出了分布式迫零干擾對(duì)齊串行檢測(cè)算法,管理網(wǎng)絡(luò)中的多址干擾。具體地,算法利用干擾信道的LQ分解構(gòu)造線性編碼器以消除對(duì)授權(quán)用戶的認(rèn)知干擾;通過(guò)干擾信號(hào)在正向及對(duì)偶信道上進(jìn)行迭代抑制同層和跨層干擾;針對(duì)接收端的多流數(shù)據(jù)干擾,基于矩陣零空間迭代定理提出了低復(fù)雜度的串行檢測(cè)方法。為了進(jìn)一步提升中等或者較低信噪比的場(chǎng)景下的網(wǎng)絡(luò)容量,通過(guò)松弛優(yōu)化問(wèn)題中的干擾約束條件,提出了改進(jìn)的部分機(jī)會(huì)干擾對(duì)齊算法。此外,本文還給出了算法的漸進(jìn)收斂性證明及可行性條件分析。與現(xiàn)有編碼算法相比,本文提出的分布式算法能夠有效利用串行檢測(cè)增益,并通過(guò)零空間迭代關(guān)系降低計(jì)算復(fù)雜度,簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和編碼過(guò)程。在消除對(duì)宏小區(qū)授權(quán)用戶認(rèn)知干擾的前提下,進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)容量和頻譜效率。最后,針對(duì)網(wǎng)絡(luò)中用戶數(shù)目增加帶來(lái)的用戶間干擾問(wèn)題,現(xiàn)有互斥用戶分組方法主要基于固定閾值參數(shù)并會(huì)造成頻譜資源浪費(fèi)。本文基于圖論和聚類分析研究了用戶分組算法,通過(guò)用戶分組對(duì)用戶間的共道干擾進(jìn)行有效管理。具體來(lái)說(shuō),對(duì)于NOMA混合波束賦形,聯(lián)合考慮波束內(nèi)及波束間信道相關(guān)性對(duì)網(wǎng)絡(luò)容量的影響,提出了基于圖分割和譜聚類的NOMA用戶分組算法。另外,通過(guò)發(fā)掘多天線網(wǎng)絡(luò)中的多用戶分集增益和MIMO信道的優(yōu)良傳輸特性(Favorable Propagation),首次提出了重疊用戶分組的思想。采用廣義Fubini-Study函數(shù)作為改進(jìn)的相似性測(cè)度函數(shù),本文提出了基于啟發(fā)式搜索和譜聚類的重疊用戶分組算法,并在理論上對(duì)算法性能進(jìn)行了推導(dǎo)和分析。所提算法可以搜索出具有漸進(jìn)正交性信道的用戶并同時(shí)分配到多個(gè)用戶組中,通過(guò)用戶組間的重疊增加各組同時(shí)服務(wù)的用戶數(shù)量,同時(shí)將組內(nèi)干擾控制在較低水平。與現(xiàn)有的幾種互斥用戶算法相比,本文提出的重疊用戶分組算法能夠獲得更高的網(wǎng)絡(luò)容量,并且基于譜聚類的用戶分組算法能夠取得算法性能和計(jì)算復(fù)雜度的有效平衡。
【圖文】：

Fig.1-1 Utilization of spectrum frequency from 30MHz to 2.9GHz隨著各類無(wú)線應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率、網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍以及頻譜利用效面都提出更高的需求，網(wǎng)絡(luò)的分層化和異構(gòu)化成為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨小區(qū)作為一種由用戶自行部署，具有一定自組織特性的異構(gòu)部署方式不斷推廣。微小區(qū)能夠有效擴(kuò)大覆蓋范圍、降低端到端傳輸時(shí)延、提

圖 1-2 給出了認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)的體系框圖。根據(jù)最初的構(gòu)想，主要軟件結(jié)構(gòu)組成。其中射頻天線、基帶處理和用戶接口等模塊組成了，主要負(fù)責(zé)物理層硬件實(shí)現(xiàn)。而軟件結(jié)構(gòu)主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)智能學(xué)習(xí)和的實(shí)現(xiàn)，是整個(gè)認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的核心部分。認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的智能軟過(guò) RKRL 語(yǔ)言（Radio Knowledge Representation Language）對(duì)網(wǎng)絡(luò)道狀態(tài)和射頻環(huán)境進(jìn)行感知和描述，利用特定的語(yǔ)法規(guī)則和語(yǔ)義信測(cè)，，進(jìn)而動(dòng)態(tài)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)所具備的學(xué)習(xí)和預(yù)測(cè)能傳統(tǒng)認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)僅對(duì)授權(quán)頻段認(rèn)知的局限，上升到對(duì)多域聯(lián)合體網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的認(rèn)知，并能夠動(dòng)態(tài)自適應(yīng)的實(shí)施網(wǎng)絡(luò)決策、調(diào)度和響
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN92

【參考文獻(xiàn)】

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1 呂詩(shī)洲;LTE-A異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)線資源管理技術(shù)研究[D];北京郵電大學(xué);2017年

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本文編號(hào)：2590383