寬帶無(wú)線通信中干擾迭代對(duì)齊與中和研究及應(yīng)用.pdf

1、為了滿足日益增加的無(wú)線用戶對(duì)于高速無(wú)線業(yè)務(wù)的需求,未來(lái)的無(wú)線通信系統(tǒng)將結(jié)合多種物理層技術(shù),如多輸入多輸出(Multiple-InputMultiple-Output,MIMO)、正交頻分復(fù)用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,OFDM)、認(rèn)知無(wú)線電(CognitiveRadio,CR)和超寬帶(Ultra-Wideband,UWB)等。結(jié)合這些先進(jìn)技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)將使得未來(lái)的無(wú)線通信真正實(shí)現(xiàn)

2、無(wú)“盲區(qū)”亦無(wú)“忙區(qū)”的高速覆蓋。在多用戶環(huán)境下的無(wú)線通信系統(tǒng)中,多個(gè)用戶通過(guò)頻率復(fù)用和空間復(fù)用來(lái)實(shí)現(xiàn)同時(shí)通信在提高系統(tǒng)的無(wú)線資源利用率的同時(shí)也勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致多用戶之間的相互干擾。干擾對(duì)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(duì)齊技術(shù)通過(guò)將接收端干擾信號(hào)對(duì)齊到一個(gè)秩遠(yuǎn)小于干擾信號(hào)個(gè)數(shù)的信號(hào)子空間中,從而使得每個(gè)發(fā)射端都可以利用一半的無(wú)線資源發(fā)送有用信號(hào)。因此,本文在MIMO和UWB這兩種技術(shù)的基礎(chǔ)上

3、,研究了未來(lái)寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)中的多用戶干擾對(duì)齊算法以及應(yīng)用,與此同時(shí)本文總結(jié)了對(duì)于UWB信道的實(shí)地測(cè)量工作以及得到的UWB信道模型參數(shù)。其主要內(nèi)容概括如下:
　　1.在以MIMO技術(shù)為基礎(chǔ)的多用戶無(wú)線通信系統(tǒng)中,提出一類(lèi)基于總體最小二乘(TotalLeastSquares,TLS)超維平面估計(jì)算法的子空間劃分方法,來(lái)實(shí)現(xiàn)迭代干擾對(duì)齊。首先,本文充分考慮噪聲對(duì)于子空間劃分的影響,通過(guò)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(jì)。然后,采用“利他”的方法將每一個(gè)發(fā)射端對(duì)其它通信對(duì)造成的干擾盡量對(duì)齊到遠(yuǎn)離有用信號(hào)子空間的空間里面去,從而實(shí)現(xiàn)干擾對(duì)齊。最后,我們通過(guò)推導(dǎo)證明了算法的收斂性。仿真結(jié)果表明本論文提出的基于總體最小二乘超維平面估計(jì)的迭代干擾對(duì)齊算法能夠在中等SNR時(shí)實(shí)現(xiàn)更低的溢出干擾能量。同時(shí),在高信噪比情況下,算法可以實(shí)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(jié)合子空間劃分和最小均方誤

5、差(MinimumMeanSquareError,MMSE)的迭代干擾對(duì)齊算法。算法采用TLS超維平面估計(jì)算法得到干擾子空間的最佳估計(jì),并且得到溢出干擾能量最小的有用子空間。之后,采用MMSE準(zhǔn)則將接收信號(hào)對(duì)齊到有用信號(hào)子空間中,從而實(shí)現(xiàn)干擾對(duì)齊。通過(guò)結(jié)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(diǎn),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(yīng)的預(yù)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(lái)說(shuō),在干擾網(wǎng)絡(luò)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(rèn)知網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下基于干擾對(duì)齊和中和的合作中繼策略,可以在認(rèn)知用戶無(wú)法感知授權(quán)用戶發(fā)送信息的情況下,對(duì)授權(quán)用戶的通信提供幫助。認(rèn)知用戶通過(guò)充分挖掘在與授權(quán)用戶同時(shí)通信時(shí)得到的干擾信號(hào),在授權(quán)用戶進(jìn)行重傳時(shí)作為中繼節(jié)點(diǎn)來(lái)協(xié)助授權(quán)用戶,達(dá)到降低授權(quán)用戶中斷概率的目的。此外,對(duì)于認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)常用到的UWB信道進(jìn)行了深入的研究,本文完成了國(guó)內(nèi)首次對(duì)U

7、WB信道的實(shí)地測(cè)量并提出了動(dòng)態(tài)能量門(mén)限簇估計(jì)算法來(lái)提取信道參數(shù)。然后通過(guò)推導(dǎo)得到了在瑞利和UWB信道條件下,授權(quán)用戶的中斷概率的閉式表達(dá)。同時(shí)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(quán)用戶的中斷概率,并且討論了在存在信道估計(jì)誤差的情況下該策略的性能。最后,我們采用授權(quán)用戶中斷概率的仿真結(jié)果驗(yàn)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(duì)于研究基于子空間劃分的干擾對(duì)齊具有一定促進(jìn)作用,