寬帶無線通信中干擾迭代對齊與中和研究及應用.pdf

1、為了滿足日益增加的無線用戶對于高速無線業(yè)務的需求,未來的無線通信系統(tǒng)將結合多種物理層技術,如多輸入多輸出(Multiple-InputMultiple-Output,MIMO)、正交頻分復用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,OFDM)、認知無線電(CognitiveRadio,CR)和超寬帶(Ultra-Wideband,UWB)等。結合這些先進技術的特點和優(yōu)勢將使得未來的無線通信真正實現(xiàn)

2、無“盲區(qū)”亦無“忙區(qū)”的高速覆蓋。在多用戶環(huán)境下的無線通信系統(tǒng)中,多個用戶通過頻率復用和空間復用來實現(xiàn)同時通信在提高系統(tǒng)的無線資源利用率的同時也勢必會導致多用戶之間的相互干擾。干擾對齊作為新提出的干擾管理方法,可以使得系統(tǒng)的容量隨著用戶數(shù)量的增加而線性的增加。干擾對齊技術通過將接收端干擾信號對齊到一個秩遠小于干擾信號個數(shù)的信號子空間中,從而使得每個發(fā)射端都可以利用一半的無線資源發(fā)送有用信號。因此,本文在MIMO和UWB這兩種技術的基礎上

3、,研究了未來寬帶無線通信系統(tǒng)中的多用戶干擾對齊算法以及應用,與此同時本文總結了對于UWB信道的實地測量工作以及得到的UWB信道模型參數(shù)。其主要內容概括如下:
　　1.在以MIMO技術為基礎的多用戶無線通信系統(tǒng)中,提出一類基于總體最小二乘(TotalLeastSquares,TLS)超維平面估計算法的子空間劃分方法,來實現(xiàn)迭代干擾對齊。首先,本文充分考慮噪聲對于子空間劃分的影響,通過總體最小二乘算法得到了具有最小誤差的干擾子空間的估

4、計。然后,采用“利他”的方法將每一個發(fā)射端對其它通信對造成的干擾盡量對齊到遠離有用信號子空間的空間里面去,從而實現(xiàn)干擾對齊。最后,我們通過推導證明了算法的收斂性。仿真結果表明本論文提出的基于總體最小二乘超維平面估計的迭代干擾對齊算法能夠在中等SNR時實現(xiàn)更低的溢出干擾能量。同時,在高信噪比情況下,算法可以實現(xiàn)更快的收斂速度和更低的溢出干擾。
　　2.在具有非合作干擾的有限信噪比的MIMO系統(tǒng)中,提出了一種結合子空間劃分和最小均方誤

5、差(MinimumMeanSquareError,MMSE)的迭代干擾對齊算法。算法采用TLS超維平面估計算法得到干擾子空間的最佳估計,并且得到溢出干擾能量最小的有用子空間。之后,采用MMSE準則將接收信號對齊到有用信號子空間中,從而實現(xiàn)干擾對齊。通過結合基于總體最小二乘的子空間劃分方法和最小均方誤差方法的優(yōu)點,算法可以在存在非合作干擾的情況下提高系統(tǒng)和速率,得到自適應的預編碼矩陣。在仿真中可以看到,TLS+MMSE算法相比與其他的迭代

6、算法來說,在干擾網(wǎng)絡中存在非合作干擾的情況下,具有更好的和速率性能。
　　3.提出了一種適用于認知網(wǎng)絡環(huán)境下基于干擾對齊和中和的合作中繼策略,可以在認知用戶無法感知授權用戶發(fā)送信息的情況下,對授權用戶的通信提供幫助。認知用戶通過充分挖掘在與授權用戶同時通信時得到的干擾信號,在授權用戶進行重傳時作為中繼節(jié)點來協(xié)助授權用戶,達到降低授權用戶中斷概率的目的。此外,對于認知網(wǎng)絡中經(jīng)常用到的UWB信道進行了深入的研究,本文完成了國內首次對U

7、WB信道的實地測量并提出了動態(tài)能量門限簇估計算法來提取信道參數(shù)。然后通過推導得到了在瑞利和UWB信道條件下,授權用戶的中斷概率的閉式表達。同時從理論上證明了策略可以為主用戶提供分集增益有效降低授權用戶的中斷概率,并且討論了在存在信道估計誤差的情況下該策略的性能。最后,我們采用授權用戶中斷概率的仿真結果驗證了所提出的合作中繼策略的有效性。
　　本論文所提出的基于TLS的子空間劃分算法對于研究基于子空間劃分的干擾對齊具有一定促進作用,