扩展空频自由度的机会式无干扰传输新技术研究

The sustained growth of wireless service has led to the increasing shortage of spectrum resources. In order to effectively improve the efficiency of limited spectrum, multi-layer network operating on the same frequency spectrum has become a promising solution. The key point of this network is interference management. In this project, a new technology of interference-free transmission based on the extended spatial- and frequency-domain degrees of freedom is under study. Fully exploiting the improved degrees of freedom generated by cooperative cross-tier precoder, we devise an intra-tier precoder with little performance degradation and low complexity; we propose a novel joint optimization of opportunistic interference-free transmission in spatial and frequency domains, to extract degrees of freedom and improve the whole capacity of network; the opportunistic interference-free transmission with multiple cells is further optimized to shrink the interference subspace; we finally optimize the robust signal alignment scheme with limited channel estimation error. The key issues to be addressed include joint optimization in spatial and frequency domains, the robust design considering the channel estimation errors, and the solution for complicated optimization problem well balancing performance and complexity. We aim to achieve some innovative fruits on joint spatial- and frequency-domain opportunistic interference-free transmission, which are expected to provide fundamental basis for interference management in future mobile communication systems.

无线业务的持续增长导致了频谱资源变得越来越稀缺。为了有效提高频谱利用率，同频配置多层网络成为了一项具有广阔前景的解决方案。如何很好的解决该网路中干扰管理问题是实用化面临的一项关键技术。针对干扰管理，拟展开基于扩展空频自由度的机会式无干扰传输新技术研究。充分利用协作层间预编码带来的自由度提升，设计低性能损失、低复杂度的层内预编码；引入多天线配置，探索空频域机会式无干扰传输联合设计，充分发掘空频域的自由度，有效提高系统容量；拓展空频域机会式无干扰传输在多小区配置下的应用，优化设计信号对齐方案，降低干扰子空间维度；研究信道估计误差受限条件下稳健信号对齐优化设计。拟解决的关键问题包括空频域联合优化设计、引入信道估计误差的稳健设计，以及求解复杂优化问题时性能与复杂度折中的算法设计。力求在空频域机会式无干扰传输新技术研究取得创新性成果，为解决未来移动通信系统中的干扰管理积累一些理论基础。

无线业务的持续增长导致了频谱资源变得越来越稀缺。为了有效提高频谱利用率，同频配置多层网络成为了一项具有广阔前景的解决方案。如何很好的解决该网路中干扰管理问题是实用化面临的一项关键技术。针对干扰管理，开展基于扩展空频自由度的机会式无干扰传输新技术研究。.针对单天线MU- VFDM系统中低复杂度ITP优化设计，开展二层认知传输网络的协作预编码技术研究。提出一种协作跨层预编码(CTP)技术，保证MC无干扰传输的前提下，有效提高传输维度。为了抑制层内干扰，综合性能和实现复杂度，提出了BD-ZF，CA和GMI等3种ITP设计方案。数值仿真证明所提方案可有效提高吞吐量。.针对空频域机会式无干扰传输联合优化设计，提出了一种优化BD-ZF的MIMO-VFDM二层网络层内预编码方案，对提供的零空间进行旋转和选择，构建最优ITP预编码矩阵，提升网络的传输速率。进一步研究了自由度释放方法，建立了一个吞吐量最大化问题，提出了ESA、SEA和BTA三个主链路给次级链路的最优子空间释放算法。.针对多小区空频域机会式无干扰传输信号对齐优化设计，提出了基于信号对齐的干扰避免方案，使次级系统利用主系统剩余的空频域维度进行传输。分析了完全对齐和部分对齐传输时每个次级用户能够发送的无干扰信号流数，设计了完全对齐和部分对齐传输的预编码方案，及其启发式算法的性能。仿真结果验证了所提算法性能的改善。.针对信道估计误差条件下稳健信号对齐设计，研究了信道估计误差服从高斯分布和有界两种情况下的干扰泄漏和主用户系统可达速率；进一步针对非理想CSI条件，提出了一种基于MMSE的稳健层内预编码设计，推导了ITP矩阵和接收端滤波器。仿真结果证明算法具有更好的稳健性。.本课题取得创新性成果，为解决未来移动通信系统中的干扰管理积累一些理论基础，对于大规模天线系统、多波束卫星通信系统的级联预编码优化设计、非理想信道状态信息条件下干扰对齐系统干扰泄漏评估及稳健设计局提供了预先研究。.在本项目的支持下，已发表学术论文31篇，其中，SCI检索12篇、EI检索28篇；授权专利2项、受理专利10项；培养博士生3名，硕士生8名；延伸现有研究内容，申请获批陕西省留学人员科技活动择优资助项目（优秀类）、航天科学技术基金、航空科学基金、战略支援部队航天系统部装备预先研究项目、深圳市科技创新委员会基础研究自由探索项目等共5项。