多小區(qū)多用戶MIMO系統(tǒng)干擾對齊技術(shù)研究.pdf

1、小區(qū)間干擾（Inter-Cell Interference，ICI）和用戶間干擾（Inter-User Interference，IUI）嚴(yán)重制約著多小區(qū)多用戶多輸入多輸出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）系統(tǒng)的性能。如何抑制小區(qū)間干擾和用戶間干擾，提高多小區(qū)多用戶MIMO系統(tǒng)的頻譜利用率是當(dāng)前研究的重點(diǎn)。近年來新興的干擾對齊（Interference Alignment，IA）技術(shù)是MIMO系統(tǒng)

2、干擾抑制技術(shù)的一個突破，能獲得比傳統(tǒng)的干擾抑制方法更高的系統(tǒng)容量。
　　本論文側(cè)重于多小區(qū)多用戶MIMO系統(tǒng)干擾對齊技術(shù)的研究，主要研究內(nèi)容包括：基于迭代運(yùn)算的最優(yōu)線性預(yù)編碼技術(shù)的研究，不需要小區(qū)間信息交互的干擾對齊技術(shù)的研究，基于基站協(xié)作的干擾對齊技術(shù)的研究與基于用戶協(xié)作的分組干擾對齊技術(shù)的研究。本論文主要貢獻(xiàn)和創(chuàng)新之處列舉如下：
　　1.干擾對齊技術(shù)的實(shí)現(xiàn)離不開預(yù)編碼技術(shù)，論文提出了兩種新的迭代線性預(yù)編碼算法。首先借鑒傳

3、統(tǒng)迭代線性預(yù)編碼算法思想，基于通用迫零信道逆算法，提出了第一種迭代線性預(yù)編碼算法。該算法能大幅度降低傳統(tǒng)迭代線性預(yù)編碼算法的運(yùn)算復(fù)雜度，且沒有信道容量增益損失。然后基于通用最小均方值誤差信道逆算法，提出了另外一種迭代線性預(yù)編碼算法。由于考慮了噪聲對系統(tǒng)信道容量的影響，該算法比基于通用迫零信道逆預(yù)編碼方法的迭代線性預(yù)編碼算法具有更高的信道容量增益。該算法也比傳統(tǒng)迭代線性預(yù)編碼算法具有更低的運(yùn)算復(fù)雜度。
　　2.論文提出了兩種適用于多

4、小區(qū)多用戶MIMO系統(tǒng)不需要用戶間信息交互的干擾對齊算法。論文首先將適用于2個小區(qū)的傳統(tǒng)迫零干擾對齊算法擴(kuò)展到多小區(qū)MIMO系統(tǒng)，提出了一種增強(qiáng)型迫零干擾對齊算法；為了進(jìn)一步提高增強(qiáng)型迫零干擾對齊算法信道容量，論文隨后提出了一種適用于多小區(qū)多用戶MIMO系統(tǒng)的改進(jìn)型迫零干擾對齊算法。改進(jìn)型迫零干擾對齊算法需要反饋用戶端噪聲功率，而增強(qiáng)型迫零干擾對齊算法不需要反饋用戶端噪聲功率，這是二者算法實(shí)現(xiàn)上的區(qū)別。論文還分析了這兩種干擾對齊算法發(fā)射

5、天線數(shù)和接收天線數(shù)受小區(qū)數(shù)，用戶數(shù)以及每個用戶的數(shù)據(jù)流數(shù)限制的最小天線數(shù)條件。仿真結(jié)果顯示改進(jìn)型迫零干擾對齊算法比增強(qiáng)型迫零干擾對齊算法具有更高的信道容量增益，尤其在低信噪比情況下，該算法信道容量增益性能優(yōu)勢更明顯。
　　3.為了解決增強(qiáng)型迫零干擾對齊算法和改進(jìn)型迫零干擾對齊算法所需最小接收天線數(shù)受限的問題，論文還基于基站協(xié)作技術(shù)提出一種新的干擾對齊算法。該算法只需要2個相鄰小區(qū)基站的協(xié)作來交互用戶信道狀態(tài)信息，就可以基于最小均方

6、值誤差標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合設(shè)計預(yù)編碼矩陣和接收濾波器矩陣來抑制主干擾小區(qū)干擾和小區(qū)內(nèi)用戶間干擾。而對于次干擾小區(qū)干擾信號的抑制則是利用次干擾小區(qū)信道狀態(tài)信息的協(xié)方差矩陣設(shè)計接收濾波器完成的。仿真結(jié)果顯示該干擾對齊算法比傳統(tǒng)基于基站協(xié)作的干擾對齊算法具有更高的信道容量增益。
　　4.論文基于用戶協(xié)作技術(shù)提出了一種適用于下行多小區(qū)多用戶MIMO系統(tǒng)的分組干擾對齊算法。該算法比已有的下行分組干擾對齊算法具有更低的運(yùn)算復(fù)雜度。當(dāng)發(fā)射天線數(shù)大于分組干擾

7、對齊所需最小發(fā)射天線數(shù)時，能彌補(bǔ)已有分組干擾對齊算法的基站端發(fā)射天線增益損失，具有更高的信道容量增益；當(dāng)發(fā)射天線數(shù)與分組干擾對齊所需最小發(fā)射天線數(shù)相等時，該算法比已有的分組干擾對齊算法在低信噪比時有明顯的信道容量增益提高。該算法所需最小接收天線數(shù)小于所需最小發(fā)射天線數(shù)，符合蜂窩MIMO系統(tǒng)基站端天線數(shù)大于用戶端天線數(shù)的特點(diǎn)。
　　5.論文提出了一種適用于上行多小區(qū)多用戶MIMO系統(tǒng)的分組干擾對齊算法，該算法借鑒下行分組干擾對齊算法