【摘要】：在第三代合作伙伴計(jì)劃(The3rd Generation Partnership Project,3GPP)提出的長(zhǎng)期演進(jìn)技術(shù)升級(jí)版(Long Term Evolution Advanced, LTE-A)標(biāo)準(zhǔn)中,中繼轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)以及多輸入多輸出(Multiple-Input-Multiple-Output,MIMO)技術(shù)被明確列為推薦解決方案。融合二者的MIMO中繼技術(shù)有望成為未來移動(dòng)通信系統(tǒng)中最富有競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)之一。然而,MIMO中繼系統(tǒng),尤其是多用戶雙向/多向中繼系統(tǒng)的性能受到多用戶干擾的嚴(yán)重制約。有效的干擾處理方法是挖掘MIMO中繼技術(shù)潛能的關(guān)鍵所在。干擾對(duì)齊(Interference Alignment,IA)作為一種干擾處理方法,因其在干擾信道等場(chǎng)景中突出的干擾處理效果,近年來受到了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。同時(shí),IA也為MIMO中繼系統(tǒng)中的干擾處理提供了新思路。本文以MIMO中繼系統(tǒng)為研究對(duì)象,重點(diǎn)研究了三種典型場(chǎng)景：多向中繼X信道、Y信道和多對(duì)雙向中繼信道中基于IA技術(shù)的傳輸方案。此外,還對(duì)傳輸方案相關(guān)的波束成形設(shè)計(jì)和用戶調(diào)度等問題進(jìn)行了討論。本文的主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)歸納如下： (1)針對(duì)多向中繼X信道,本文提出了一種基于IA的傳輸方案。在該方案中,所有的信息交換在兩個(gè)時(shí)隙內(nèi)即可完成,與傳統(tǒng)方案相比,提高了頻譜效率。本文還對(duì)傳輸方案的可行性條件進(jìn)行了分析,確定了本方案的適用范圍。此外,本文還對(duì)傳輸方案的可達(dá)自由度(Degrees of Freedom,DOF)進(jìn)行了理論分析,并通過數(shù)值仿真對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明,與傳統(tǒng)的基于迫零(Zero-Forcing,ZF)收發(fā)機(jī)的傳輸方案相比,本方案取得了更高的DOF。 (2)針對(duì)Y信道的一種特殊場(chǎng)景,本文推導(dǎo)了該場(chǎng)景的精確DOF。首先,通過假設(shè)用戶之間存在充分的協(xié)作,并利用割集定理獲得了該場(chǎng)景的一個(gè)DOF上界。然后,本文提出了一種基于非對(duì)稱干擾對(duì)齊的傳輸方案,并通過理論分析和數(shù)值仿真,證明了該傳輸方案可以達(dá)到DOF的上界。結(jié)合DOF的上界和可達(dá)性證明,本文獲得了該場(chǎng)景的精確DOF。此外,為了進(jìn)一步提高所提傳輸方案的和速率性能,本文還提出一種迭代的波束成形優(yōu)化算法,對(duì)用戶處和中繼處的波束成形設(shè)計(jì)進(jìn)行了聯(lián)合優(yōu)化。最后,通過仿真驗(yàn)證了所提算法的性能增益和收斂速度。 (3)針對(duì)多對(duì)雙向中繼信道,本文提出了一種基于非對(duì)稱干擾對(duì)齊的傳輸方案,并對(duì)其可達(dá)的DOF進(jìn)行了理論分析,數(shù)值仿真的結(jié)果也表明所提方案的可達(dá)DOF明顯優(yōu)于傳統(tǒng)方案。然后,針對(duì)所提傳輸方案,本文提出了一種結(jié)合罰函數(shù)法和擬牛頓法的聯(lián)合波束成形優(yōu)化算法,仿真結(jié)果表明該算法顯著提高了和速率,并且具有良好的收斂性。此外,本文還提出了一種基于準(zhǔn)正交原則的用戶調(diào)度算法,有效地利用了場(chǎng)景中的多用戶分集,進(jìn)一步提高了所提傳輸方案的和速率。
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN919.3;TN972
【圖文】：

2.2.2時(shí)域干擾對(duì)齊如圖2-1所示，時(shí)域的干擾對(duì)齊；^通過傳播延遲來實(shí)現(xiàn)的1831。所丫j的發(fā)射端部在奇數(shù)T隙發(fā)射彳丨號(hào)，由Jjh離+ M，這些丨丨號(hào)達(dá)到外個(gè)接收端的T間+以接收端I為例，來自發(fā)射端1的丨■：丨兮經(jīng)過1個(gè)T隙達(dá)到接收端1,似；^來自發(fā)射端2和發(fā)射端3的號(hào)則需要2個(gè)T隙才能達(dá)到。接收端2和3的情況也；相M的。從而，各個(gè)接收端在奇數(shù)時(shí)隙接收到丨丨用f■；丨弓?，干擾則對(duì)齊到了偶數(shù)時(shí)隙中。每個(gè)發(fā)射端可以利用+的時(shí)間來發(fā)射丫丨用位號(hào)，而在傳統(tǒng)的基于時(shí)分k用的方案中

2.21圖2-5 MIMO干擾廣播信道h_型圖2-6 MIMO干擾/播信道信號(hào)空間圖產(chǎn)十.自連續(xù)的分介，所以17用位號(hào)的方丨I'ljHii (H2|)_IS2和可能對(duì)齊。從l(lj在2個(gè)接收端分R%利用2?線性接收機(jī)，即可恢出用丨號(hào)�？梢奍A方案實(shí)現(xiàn)了4的DOF。?lafar等人還將IA方案推廣到了節(jié)點(diǎn)的天線數(shù)為M時(shí)的場(chǎng)i；;屮，證叫/可以達(dá)到的自由度。2.3.2 M1M0干擾廣播信道的自由度MIMO干擾廣播位對(duì)M1M0干擾位逝的擴(kuò)展，利iij之處主要在于每個(gè)發(fā)送端所要服務(wù)的接收端〈止1個(gè)。Shin等人研宄了2小區(qū)MIMO干擾廣播位m中的1八傳輸方案，并分析了可達(dá)的D0FI841。如圖2-5所示，每個(gè)小區(qū)中Yn個(gè)基站，配^！^^/副天線

產(chǎn)十.自連續(xù)的分介，所以17用位號(hào)的方丨I'ljHii (H2|)_IS2和可能對(duì)齊。從l(lj在2個(gè)接收端分R%利用2?線性接收機(jī)，即可恢出用丨號(hào)�？梢奍A方案實(shí)現(xiàn)了4的DOF。?lafar等人還將IA方案推廣到了節(jié)點(diǎn)的天線數(shù)為M時(shí)的場(chǎng)i；;屮，證叫/可以達(dá)到的自由度。2.3.2 M1M0干擾廣播信道的自由度MIMO干擾廣播位對(duì)M1M0干擾位逝的擴(kuò)展，利iij之處主要在于每個(gè)發(fā)送端所要服務(wù)的接收端〈止1個(gè)。Shin等人研宄了2小區(qū)MIMO干擾廣播位m中的1八傳輸方案，并分析了可達(dá)的D0FI841。如圖2-5所示，每個(gè)小區(qū)中Yn個(gè)基站，配^！^^/副天線，在每個(gè)小區(qū)的邊緣彳/2個(gè)用戶，均配^fWV|’l_|lj天線。我們考慮卜行的傳輸，每個(gè)基站Sj要n其所在小區(qū)內(nèi)的2個(gè)用戶分別發(fā)送獨(dú)立的位息，于網(wǎng)絡(luò)屮存在兩種干擾：小區(qū)內(nèi)的用戶聞干擾和小區(qū)間干擾。如何高效地利用網(wǎng)絡(luò)屮的空間維度資源來19

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2747853