干扰对齐系统的反馈方案设计与研究

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在无线通信发展的数十年里,用户的数量越来越多,终端的功能也是日新月异。伴随着用户量增加的同时,干扰问题也随之而来。传统管理干扰的方法应用于当前密集多用户系统如当作噪声处理或是多址技术,使单个用户频谱效率较低。干扰对齐(Interference Alignment,IA)从将干扰压缩到子空间这一全新角度来处理多用户之间的干扰,通过预编码技术使干扰在接收端处于有用信号的零空间,彻底消除干扰对期望信号的影响,是一种有效的干扰管理方法。干扰对齐技术一大特点是需要获知全局信道信息,在大部分的理论科研成果中,往往假设所有节点已经完美获取全局信道信息。然而实际场景中信道估计永远存在误差,且信道反馈带来的反馈开销也将影响系统和速率。因此实际工程中必须找到一种降低信道信息反馈量的方法和设计一种合理的帧结构。本文研究了反馈对干扰对齐性能的影响,并在TDD-LTE的背景下,设计了一种干扰对齐链路控制协议以及论证了信道信息反馈方案的可行性。首先,本文研究了信道估计与反馈对干扰对齐性能的影响。通过研究模拟反馈方案,作者推导出了干扰对齐在真实场景的性能损失来源于接收机解码矩阵和干扰子空间的非完全正交,而该非正交特性来源于信道估计误差。并且论证了相比于估计和反馈带来的误差,数字量化误差对整体性能的影响几乎可以忽略。在已知误差的来源下,作者还提出了一种TDD下,利用信道互易性的混合干扰对齐的策略,通过仿真分析,该混合干扰对齐策略可以以较小的反馈代价极大地提升系统性能。其次,作者提出了真实场景中干扰实验平台的无线链路控制协议。该方案在满足干扰对齐算法特点的基础上,参考了LTE-TDD无线帧结构,以最大化协议效率为目标进行设计。该方案内容包括场景的选择,帧结构的设定,导频的插入方案和反馈机制。针对MIMO-OFDM系统的特性,作者从均方误差、协议效率和系统和速率三个方面综合论证了时域和频域信道反馈方案。计算仿真与运行结果表明,反馈信道时域值可以以较小的反馈开销获得较好的性能。
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