多小區(qū)多用戶(hù)MIMO系統(tǒng)干擾對(duì)齊技術(shù)研究.pdf

1、小區(qū)間干擾（Inter-Cell Interference，ICI）和用戶(hù)間干擾（Inter-User Interference，IUI）嚴(yán)重制約著多小區(qū)多用戶(hù)多輸入多輸出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）系統(tǒng)的性能。如何抑制小區(qū)間干擾和用戶(hù)間干擾，提高多小區(qū)多用戶(hù)MIMO系統(tǒng)的頻譜利用率是當(dāng)前研究的重點(diǎn)。近年來(lái)新興的干擾對(duì)齊（Interference Alignment，IA）技術(shù)是MIMO系統(tǒng)

2、干擾抑制技術(shù)的一個(gè)突破，能獲得比傳統(tǒng)的干擾抑制方法更高的系統(tǒng)容量。
　　本論文側(cè)重于多小區(qū)多用戶(hù)MIMO系統(tǒng)干擾對(duì)齊技術(shù)的研究，主要研究?jī)?nèi)容包括：基于迭代運(yùn)算的最優(yōu)線性預(yù)編碼技術(shù)的研究，不需要小區(qū)間信息交互的干擾對(duì)齊技術(shù)的研究，基于基站協(xié)作的干擾對(duì)齊技術(shù)的研究與基于用戶(hù)協(xié)作的分組干擾對(duì)齊技術(shù)的研究。本論文主要貢獻(xiàn)和創(chuàng)新之處列舉如下：
　　1.干擾對(duì)齊技術(shù)的實(shí)現(xiàn)離不開(kāi)預(yù)編碼技術(shù)，論文提出了兩種新的迭代線性預(yù)編碼算法。首先借鑒傳

3、統(tǒng)迭代線性預(yù)編碼算法思想，基于通用迫零信道逆算法，提出了第一種迭代線性預(yù)編碼算法。該算法能大幅度降低傳統(tǒng)迭代線性預(yù)編碼算法的運(yùn)算復(fù)雜度，且沒(méi)有信道容量增益損失。然后基于通用最小均方值誤差信道逆算法，提出了另外一種迭代線性預(yù)編碼算法。由于考慮了噪聲對(duì)系統(tǒng)信道容量的影響，該算法比基于通用迫零信道逆預(yù)編碼方法的迭代線性預(yù)編碼算法具有更高的信道容量增益。該算法也比傳統(tǒng)迭代線性預(yù)編碼算法具有更低的運(yùn)算復(fù)雜度。
　　2.論文提出了兩種適用于多

4、小區(qū)多用戶(hù)MIMO系統(tǒng)不需要用戶(hù)間信息交互的干擾對(duì)齊算法。論文首先將適用于2個(gè)小區(qū)的傳統(tǒng)迫零干擾對(duì)齊算法擴(kuò)展到多小區(qū)MIMO系統(tǒng)，提出了一種增強(qiáng)型迫零干擾對(duì)齊算法；為了進(jìn)一步提高增強(qiáng)型迫零干擾對(duì)齊算法信道容量，論文隨后提出了一種適用于多小區(qū)多用戶(hù)MIMO系統(tǒng)的改進(jìn)型迫零干擾對(duì)齊算法。改進(jìn)型迫零干擾對(duì)齊算法需要反饋用戶(hù)端噪聲功率，而增強(qiáng)型迫零干擾對(duì)齊算法不需要反饋用戶(hù)端噪聲功率，這是二者算法實(shí)現(xiàn)上的區(qū)別。論文還分析了這兩種干擾對(duì)齊算法發(fā)射

5、天線數(shù)和接收天線數(shù)受小區(qū)數(shù)，用戶(hù)數(shù)以及每個(gè)用戶(hù)的數(shù)據(jù)流數(shù)限制的最小天線數(shù)條件。仿真結(jié)果顯示改進(jìn)型迫零干擾對(duì)齊算法比增強(qiáng)型迫零干擾對(duì)齊算法具有更高的信道容量增益，尤其在低信噪比情況下，該算法信道容量增益性能優(yōu)勢(shì)更明顯。
　　3.為了解決增強(qiáng)型迫零干擾對(duì)齊算法和改進(jìn)型迫零干擾對(duì)齊算法所需最小接收天線數(shù)受限的問(wèn)題，論文還基于基站協(xié)作技術(shù)提出一種新的干擾對(duì)齊算法。該算法只需要2個(gè)相鄰小區(qū)基站的協(xié)作來(lái)交互用戶(hù)信道狀態(tài)信息，就可以基于最小均方

6、值誤差標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合設(shè)計(jì)預(yù)編碼矩陣和接收濾波器矩陣來(lái)抑制主干擾小區(qū)干擾和小區(qū)內(nèi)用戶(hù)間干擾。而對(duì)于次干擾小區(qū)干擾信號(hào)的抑制則是利用次干擾小區(qū)信道狀態(tài)信息的協(xié)方差矩陣設(shè)計(jì)接收濾波器完成的。仿真結(jié)果顯示該干擾對(duì)齊算法比傳統(tǒng)基于基站協(xié)作的干擾對(duì)齊算法具有更高的信道容量增益。
　　4.論文基于用戶(hù)協(xié)作技術(shù)提出了一種適用于下行多小區(qū)多用戶(hù)MIMO系統(tǒng)的分組干擾對(duì)齊算法。該算法比已有的下行分組干擾對(duì)齊算法具有更低的運(yùn)算復(fù)雜度。當(dāng)發(fā)射天線數(shù)大于分組干擾

7、對(duì)齊所需最小發(fā)射天線數(shù)時(shí)，能彌補(bǔ)已有分組干擾對(duì)齊算法的基站端發(fā)射天線增益損失，具有更高的信道容量增益；當(dāng)發(fā)射天線數(shù)與分組干擾對(duì)齊所需最小發(fā)射天線數(shù)相等時(shí)，該算法比已有的分組干擾對(duì)齊算法在低信噪比時(shí)有明顯的信道容量增益提高。該算法所需最小接收天線數(shù)小于所需最小發(fā)射天線數(shù)，符合蜂窩MIMO系統(tǒng)基站端天線數(shù)大于用戶(hù)端天線數(shù)的特點(diǎn)。
　　5.論文提出了一種適用于上行多小區(qū)多用戶(hù)MIMO系統(tǒng)的分組干擾對(duì)齊算法，該算法借鑒下行分組干擾對(duì)齊算法