MIMO干擾網絡中的收發(fā)機設計與性能分析.pdf

1、隨著信息技術的持續(xù)高速發(fā)展，人們對于通信系統(tǒng)容量的需求也在逐步增長，由此促進了通信技術研究的快速發(fā)展。無線通信作為通信技術的重要組成部分，長期以來都是通信技術研究的熱點之一。一方面，無線通信技術具有組網靈活、可移動性、通信容量大等諸多優(yōu)點;另一方面，由于無線通信借助自由空間傳輸無線信號，導致通信系統(tǒng)運行于嚴重的干擾環(huán)境之中，同時由于系統(tǒng)用戶對通信系統(tǒng)容量的需求不斷增長，導致無線頻譜資源緊張和干擾的日益嚴重化。多輸入多輸出(MIMO)技術

2、的發(fā)展給無線通信技術的研究帶來了新的契機，是未來無線通信技術的重要研究方向。MIMO技術可以帶來更高的系統(tǒng)復用增益和分集增益，在提高系統(tǒng)的頻譜效率、有效抑制干擾和系統(tǒng)容量的提升等方面具有明顯的優(yōu)勢。收發(fā)機設計問題是MIMO技術研究的熱點問題之一，在MIMO無線通信系統(tǒng)中，許多提升系統(tǒng)性能的技術問題最終都可以歸結為收發(fā)機設計問題。
　　本論文以MIMO干擾信道網絡作為研究場景，以MIMO收發(fā)機的優(yōu)化設計作為核心問題，采用凸優(yōu)化的數(shù)學

3、工具將干擾泄漏作為優(yōu)化的目標函數(shù)，在優(yōu)化約束條件的選擇上，主要從有用信號滿秩約束，干擾信號的低秩約束和干擾信號的低功率約束三個層面進行。優(yōu)化算法設計的重點在于:用戶內數(shù)據流間干擾(ISI)對系統(tǒng)性能的影響，以及干擾泄漏最小化和最小化最大干擾泄漏這兩種不同的目標函數(shù)設計方法對算法性能產生的不同影響。
　　在此基礎上設計了秩約束干擾泄漏最小化算法，作為與其它算法進行性能比較的基準，為了獲得更好的系統(tǒng)平均和速率性能，綜合考慮了用戶間干擾

4、(IUI)和用戶內數(shù)據流間干擾(ISI)，設計出了考慮數(shù)據流間干擾的秩約束干擾泄漏最小化算法;同時，為了提高系統(tǒng)的公平性和穩(wěn)定性，使用最小化最大干擾泄漏作為優(yōu)化問題的目標函數(shù)，設計出了秩約束最小化最大干擾泄漏算法和考慮數(shù)據流間干擾的秩約束最小化最大干擾泄漏算法。
　　使用MATLAB編程語言和CVX優(yōu)化工具包對上述收發(fā)機優(yōu)化算法進行了仿真，并且從MIMO干擾信道網絡的系統(tǒng)有效性、公平性和穩(wěn)定性三個層面進行了比較。
　　通過仿

5、真分析，我們發(fā)現(xiàn)采用不同的收發(fā)機設計思想對系統(tǒng)的性能會產生不同的影響，考慮用戶內數(shù)據流間干擾可以有效提高MIMO干擾信道網絡的系統(tǒng)平均和速率性能，即系統(tǒng)的有效性;使用最小化最大干擾泄漏的方法可以提高系統(tǒng)的公平性和穩(wěn)定性。另外，就系統(tǒng)設計的整體性能而言，系統(tǒng)的有效性與公平性和穩(wěn)定性之間存在折中(trade off)，在系統(tǒng)設計的過程中，要獲得有效性的顯著提升，勢必會造成系統(tǒng)公平性和穩(wěn)定性的下降;反之，要保證系統(tǒng)的公平性和穩(wěn)定性，也會給系統(tǒng)