基于异构网络的干扰对齐技术研究

论文总字数：27091字

摘 要

干扰对齐是一个全新的想法，最近涌现出的干扰网络的容量分析。在较短的时间内，这个概念对很多关于有线和无线网络的吞吐量限制的传统智慧提出了挑战。代表性实例是有一组K发射端 - 接收端的无线干扰信道，其中由于干扰对齐，每个用户是同时能够以数据速率等于其无干扰信道容量的一半发送到他所希望的接收器。即使用户K的数量可以是任意大的，从而表明该干扰信道是没有从根本上干扰受限。而干扰对齐的益处迄今已在大多下理想化假设中呈现，如全球信道知识，带宽扩展，无限解析度，高信号强度和显著延迟。

对于信道系数随时间变化，并且从一个连续分布绘制的全连接K用户无线干扰通道，总和容量的特征在为。因此，在K用户时变信道的干扰几乎可以肯定有K /2的自由度。可实现性是基于干扰对齐的想法。案例还提供了完全连接K用户的常数（非时变）干扰的信道系数，其中容量是通过对的所有的信噪比值干扰对齐而准确得到的。

我在这篇文章中分别介绍了K用户信道模型与干扰对齐的基本原理，最后通过仿真得到了传输速率曲线。

关键词：容量，自由度，干扰对齐，干扰信道，多输入多输出（MIMO），异构网络。

Abstract

Interference alignment is a radical idea that has recently emerged out of the capacity analysis of interference networks. In a relatively short time, this concept has challenged much of the conventional wisdom about the throughput limits of both wired and wireless networks. A representative example is the wireless interference channel with K transmitter–receiver pairs where, because of interference alignment, each user is simultaneously able to send at a data rate equal to half of his interference-free channel capacity to his desired receiver, even though the number of users K can be arbitrarily large, thus showing that the interference channel is not fundamentally interference-limited. While the remarkable benefits of interference alignment have so far been shown mostly under idealized assumptions such as global channel knowledge, bandwidth expansion.

For the fully connected K user wireless interference channel where the channel coefficients are time-varying and are drawn from a continuous distribution, the sum capacity is characterized as . Thus, the K user time-varying interference channel almost surely has K=2 degrees of freedom. Achievability is based on the idea of interference alignment. Examples are also provided of fully connected K user interference channels with constant (not time-varying) coefficients where the capacity is exactly achieved by interference alignment at all SNR values.

This paper analyses the K-user interference channel.After the experimental analysis of simulation results，I get impressive transfer rate.

Index Terms : Capacity,degrees of freedom, interference alignment, interference channel, multiple-input–multiple-output （MIMO), Heterogeneous Network.

目录

第1章 绪论 1

1.1 干扰对齐的研究背景 1

1.2 干扰对齐的研究现状 2

第2章 K用户干扰信道 4

2.1 系统模型 4

2.2 自由度 6

2.3信道容量 10

第3章 干扰对齐的基本原理 13

3.1 线性干扰对齐 13

3.2 对齐原理 14

3.3 预编码技术 15

第4章 干扰对齐的实现方案 16

4.1 K=3时的系统模型 16

4.2 K=3时的自由度 20

4.3 分布式干扰对齐算法 25

4.4 K=3时的仿真结果 27

第5章 总结与展望 29

致谢 31

参考文献 31

第1章 绪论

1.1 干扰对齐的研究背景

干扰对齐是一个全新的想法，最近涌现出的干扰网络的容量分析。在较短的时间内，这个概念对很多关于有线和无线网络的吞吐量限制的传统智慧提出了挑战。代表性实例是有一组K发射端 - 接收端的无线干扰信道，其中由于干扰对齐，每个用户是同时能够以数据速率等于其无干扰信道容量的一半发送到他所希望的接收器。即使用户K的数量可以是任意大的，从而表明该干扰信道是没有从根本上干扰受限。而干扰对齐的益处迄今已在大多下理想化假设中呈现，如全球信道知识，带宽扩展，无限解析度，高信号强度和显著延迟。

随着无线通信技术的发展，用户数量不断增加，无线业务也在向着综合数字业务变化，这对通信速率的要求极高。传统的时分复用与频分复用技术无法达到这样的速率，在这样的背景下，下一代移动通信的关键就是在多用户通信系统中实现共享共享传输媒介。

频谱共享在无线网络中扮演着重要的角色，但是它会带来干扰，从而降低系统性能。由于干扰信道具有不确定性，它会危害到通信系统，因此未来无线通信的一个主题就是如何消除干扰。

在多用户的多输入多输出通信系统中，各个用户间由共享传输媒介产生的干扰不可避免，我们可以通过干扰信道对其模型进行描述。干扰会制约信道的系统性能，对于信道容量的需求会随着用户的增加而提高，现在我们在通信网络中遇到的一般都是高斯干扰信道，其中别的用户的干扰会直接影响系统的性能，是一个重要的影响因素。多用户通信系统设计中最关键的问题就是如何通过编码来对抗干扰，从而提升系统的性能。

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