异构蜂窝网络中的机会干扰对齐理论和技术

Focusing on advanced interference management in future heterogeneous cellular networks (HCNs) with multi-tier and dense picocell/femtocell deployments, this project proposes novel opportunistic interference alignment (OIA) schemes to effectively handle ubiquitous and complicated network interference. The project aims to jointly optimize several core performance and efficiency indicators of the system, such as spectrum efficiency, implementation complexity and feedback overhead, addressing the demands of future wireless communication systems. The main targets of this project are listed as follows. (1) We propose novel adaptive OIA schemes to handle the intra-tier interference in HCNs. By fundamentally improving the existing OIA schemes, our new schemes are tailored to the needs of HCNs with new properties and improved performance. (2) We propose novel hierarchical OIA schemes to handle the cross-tier interference in HCNs. By cognitively grouping the strong interference sources into a layer for user selection, we sequentially optimize the transceivers in different tiers to effectively mitigate the cross-tier interference. (3) We consider the possibilities of limited-cooperation among access points in HCNs, and propose novel coordinated OIA to further improve system performance. Accordingly, we study the coordinated optimization and quantization strategies for the reference signal space and transceiver beamforming vectors. To sum up, the project comprehensively exploits the potential MIMO and multi-user resource in HCNs. The expected outcomes of this project are new solutions to the transmission and interference management in the intelligent HCNs.

本项目面向未来异构蜂窝网络中多层、密集组网的场景，研究网络中存在复杂泛在干扰情况下的高效机会干扰对齐理论和技术，以期对网络频谱效率、系统实现复杂度和反馈开销等核心性能指标进行统筹优化。研究的主要目标包括：（1）研究适用于异构蜂窝网络中同层干扰管理的动态机会干扰对齐理论及技术，优化并创新现有的机会干扰对齐方法，为设计契合异构网络架构的新干扰管理方案奠定基础；（2）对异构蜂窝网络中的跨层干扰进行抽象建模，基于强干扰源分层划分及宏/微小区分层有序收发机优化，设计有效抑制跨层干扰的分层机会干扰对齐方案；（3）考虑异构蜂窝网络接入节点间具备不同程度的协作能力，通过对参考信号空间、收发波束成形向量的码本化设计等技术，设计多场景下有限协同的机会干扰对齐方案以实现网络性能的进一步优化。本研究充分利用了系统中潜在的多天线、多用户资源，将有望为智能化的异构无线接入网络的传输及干扰管理提供物理层的全新解决方案。

本项目面向未来异构蜂窝网络中多层、密集组网的场景，研究网络中存在复杂泛在干扰情况下的高效机会干扰对齐理论和技术，以期对网络频谱效率、系统实现复杂度和反馈开销等核心性能指标进行统筹优化，完成的主要研究内容包括以下三个方面。（1）研究了适用于异构蜂窝网络中同层干扰管理的动态机会干扰对齐理论及技术，优化并创新了现有的机会干扰对齐方法，设计了对小区内性能有觉知的机会干扰对齐以及针对接收机优化的自适应干扰对齐等新方法，有效提升了异构网络的吞吐量和能量效率；（2）研究了针对异构蜂窝网络中跨层干扰管理的机会干扰对齐理论及技术，针对存在用户直通通信、用户中继通信以及用户非正交多址接入的多类异构网络干扰处理，提出了基于机会干扰对齐以及机会信号空间对齐的信号空间管理新方法，拓展了传统机会干扰对齐原理的应用场景，有效提升了各类网络的频谱效率。（3）研究了异构蜂窝网络节点协同优化传输方法，考虑系统安全速率、能量效率等多个核心优化指标，通过展开干扰觉知的传输收发机设计以及无线资源分配，实现了异构蜂窝网络中的物理层安全传输，以及回收干扰信号能量的无线携能传输，有效提升了系统性能；同时，也拓展研究了无线携能通信以及大规模天线系统辅助的异构网络传输性能以及机会用户调度新方法，为项目后续研究开拓了新的方向也初步奠定了研究基础。总体而言，本研究充分利用了异构蜂窝网络中潜在的多天线、多用户以及宽带等多域资源，以机会信号空间管理为核心，通过研究干扰信号面以及有用信号面的机会通信新方法，创新了多场景下的无线传输新途径；相关研究将有望为智能化的异构无线接入网络的传输及干扰管理提供物理层的全新解决方案。.本项目在执行过程中取得了一些研究成果，超额完成了申请书中的预期目标，总共发表论文49篇，其中SCI检索文章27篇，EI检索文章22篇，申请专利5项；培养了一支具有创新能力的科研团队，扩大了项目组在异构网络干扰管理领域的国际影响力。