无线网络的干扰管理与容量研究

For LTE/4G(LTE-A) mobile communications networks, the interference analysis and management in the networks with the hierarchical cell structure and ad hoc and cognitive capability are studied in terms of resource management. The generalized interference management model is proposed. The uniformity and relation between the interference and resource managements are explored, so that interference and resource managements are combined. The multiple dimension interference space, Interference Strength Index, and Interference Grid are proposed. The interference status is formally characterized and the multiple dimension interference status space is constructed, so that the interference space distribution and its dynamic characteristics are exactly described. The interference management circle and intelligent interference management architecture for wireless networks are proposed, which can efficiently support the cognitive interference management schemes based on strategies, Q-learning, interference transfer and avoiding. In order to closely approach the network capacity, the integrated interference utilization method is proposed, which can dynamically select or combine different techniques such as MIMO signal processing, network coding, or interference alignment based on the interference space distribution. The multiple cell interference management scheme based on the interference alignment and the interference avoiding method based on the array signal processing are presented. The testbed will be built to evaluate the key techniques for the interference management.

以LTE/4G(LTE-A)等移动通信网络为背景，针对"分层的蜂窝结构＋ad hoc＋认知"的混合网络结构，从资源管控的角度来研究网络中的干扰，提出了"广义干扰管理"的模型，研究了干扰管理与资源管理的统一性和相互关系，从而把干扰管理和资源管理有机结合在一起。提出了多维干扰空间、干扰强度指数、干扰网格的概念，对干扰状态进行科学表征，完成多维度干扰状态空间构建，从而能够准确描述网络中干扰的空间分布和动态特性。提出了"干扰管理环"和"智能的无线网络干扰管理体系"，从而有效支持基于策略或Q学习等的认知干扰管理方法，以及多种干扰转移、避让等手段。提出了基于网络效用的干扰综合利用技术，根据干扰的空间分布动态利用MIMO信号处理、网络编码、干扰对齐等干扰利用和规避技术，从而逼近网络容量。提出基于IA的多小区环境干扰管理和基于阵列信号处理的干扰规避方法。在此基础上完成干扰管理关键技术的验证。

提升网络密度，增加频谱资源空间复用率是下一代蜂窝网络提升网络容量的主要手段。在密集网络环境中，层内、层间干扰关系复杂，链路干扰关系难表征，密集网络容量域成为待解科学问题，导致高效干扰管控机制的设计依据缺失，制约了网络吞吐量的持续提升。我们将研究视角从小区拓展至网络，开展了网络化干扰表征方法、干扰与网络容量的定量关系、逼近网络容量的网络化干扰管控机制等科学问题的研究工作，取得如下主要成果。.1）凝练出四种网络化干扰链路特征，即干扰的相关性、差异性、压缩性及中和性，给出数学表征方法，在资源管控策略多、策略组合灵活、拓扑模式多样的复杂网络环境中，支持干扰管控策略的快速选择与配置。.2）完备了异构无线网络容量理论。基于网络化干扰特征，揭示了干扰时空特性与网络容量之间的制约关系，推导出了分层蜂窝+Ad Hoc、蜂窝+中继等异构网络容量的精确解，奠定了异构网络干扰管控机制设计的理论基础。.3）提出自由度最大化干扰管控方法。推导出有限信道扩展网络、全双工网络等异构网络自由度上界；设计了自由度最大化的复杂网络干扰对齐方法，达到压缩干扰空间、逼近网络吞吐量的目标。 .4）提出面向网络效用的干扰管控方法，以异构网络容量为指导，构建融合资源协作和干扰竞争的网络效用函数，提出利用多网、多小区、多模传输资源的干扰避免、干扰转移及干扰消除方法，逼近网络容量。.5）构建了异构网络干扰管控技术验证平台，发现制约干扰管控算法性能的物理环境因素，建立了理论和实践的桥梁。. 项目第一标注论文61篇，其中SCI期刊论文49篇，JCR 1区和2区期刊论文共46篇，2篇论文获评ESI高被引论文；在主流通信领域会议发表论文13篇，1篇会议论文获ICCC 2013最佳论文奖。美国最大电子图书馆评价我们的成果“多跳异构无线网络容量为无线通信和网络方面新发现”；授权专利28项，出版学术专著3本，获陕西省科学技术一等奖2项，获国家技术发明奖二等奖2项。