MIMO多向中继系统中的干扰管理技术研究

This project focuses on interference management in the MIMO multi-way relaying system, aiming at comprehensively improving the core performance and efficiency indicators, e.g., spectrum efficiency, complexity and feedback overhead, of interference management by introducing PNC and IA.The main targets include: (1) Proposing practical IA scheme with limited feedback and low complexity to deal with the inter-group interference in MIMO multi-way relaying system; (2) Designing the detector with high spectrum efficiency and low complexity for the high order modulated PNC scheme to deal with the intra-group interference in MIMO multi-way relaying system; (3) Designing network coding method that can combine data packets with different length to meet with the requirement of varieties of data rates in MIMO relaying system. Meanwhile, from the perspective of practical communication system design and evaluation, we build the simulation platform based on software radio to evaluate the performance of the proposed schemes in the realistic channel environment.The completion of this subject will promote the development of corresponding theories and key technologies in multi-antenna coordination/relay communication field, and the research results are expected to become the core and key technologies of the future mobile communications systems.

本项目重点关注MIMO多向中继系统中的干扰管理问题，目的是利用物理层网络编码和干扰对齐等先进技术，对干扰管理算法的频谱效率、复杂度和反馈开销等核心性能及效率指标进行全方位的改进。研究的主要目标包括：（1）针对MIMO多向中继系统中的组间干扰管理问题，提出具有低反馈开销和低复杂度优点的实用干扰对齐方法；（2）针对MIMO多向中继系统中的组内干扰管理问题，提出适用于高阶调制物理层网络编码的高频谱效率低复杂度的检测方法；（3）针对MIMO中继系统中用户速率不对称的问题，研究同时合并多个不对称信息流的网络编码方法，实现下行传输时用户端的干扰消除。同时，从实际通信系统设计和评价的角度出发，搭建基于软件无线电的仿真实验平台，评估所提方案在真实信道环境下的性能。本课题的研究可促进多天线协作/中继通信网络中相应理论和技术的发展，研究成果有望成为未来移动通信系统的核心关键技术。

中继技术的兴起与发展极大地改善了通信网络的覆盖能力。而多天线技术与中继技术的结合则有望推动中继实现更高频谱利用率、更高传输可靠性。本项目对多天线中继系统中的协作通信与干扰管理展开了研究，提出了一系列基于网络编码和信号空间对齐的传输方案，提高了多天线无线通信系统的可靠性和有效性。.首先，本项目研究了多天线双向中继网络中的中继天线选择算法，提出了一种适用于物理层网络编码的公共天线选择方案。该方案可以获得端到端分集增益，同时具有较低的复杂度和系统反馈开销。其次，本项目研究了在多用户协作通信系统中获得满协作分集的问题，并提出了一种基于轮询中继的满协作分集方案。该方案采用了新的时隙分配框架，通过在中继阶段引入易于实现的用户选择，使得中继的每次传输都能为所有用户提供分集。最后，本项目针对多向中继网络，提出了一种基于非对称干扰对齐的传输方案，并证明了该传输方案可以达到网络自由度的上界。同时，还提出了一种迭代的波束成形优化算法，对用户处和中继处的波束成形设计进行了联合优化。.本项目在四年的执行过程中提出了多种协作通信技术和干扰管理算法，获得了重要结果，保质保量超额完成了申请书中的预期目标。它包括：多流物理层网络编码中的天线选择算法，多用户协作网络中低复杂度的用户调度方案，多天线双向中继网络中基于符号的物理层网络编码检测技术，多用户MIMO-Y信道下分布式用户调度方案，双向译码转发中继网络中存在相位旋转辅助的中继选择方案，AF多源协作通信中基于轮询的中继传输方案等。这些成果中的大多数都已发表在世界权威通信期刊或重要国际会议上，总共发表论文83篇，其中SCI检索文章31篇，EI检索文章52篇，申请专利5项，已进入实审阶段。后续的成果也在不断向这些期刊杂志投稿。通过对本项目的研究，加强了和国际同行的交流，扩大了我们在多天线中继研究领域中的影响，达到了国际先进水平，同时培养了一支具有创新能力的科研团队。