两层网络结构下基于干扰对齐的多天线通信系统干扰管理研究

Multi-antenna Home eNodeB/Femtocell under the two-tier network architecture can provide better coverage for indoor communication environment, it is an effective means to improve indoor quality of service for voice and data. However, due to the characteristic of the network topology, there are complex intra-cell and inter-cell interference in the system. And traditional interference mitigation technology can not be implemented effectively. This project propose to research on interference management for the two-tier multi-antenna femtocell communication system. Based on interference alignment theory, the project analyses interference alignment features in spatial domain and frequence domain from femtocell air interface, researches network clustering and user grouping in dense deployment condition, and realizes to reduce the burden reasonably in solving the interference alignment problem. Meanwhile, the project solves the channel information mismatch problem in the hysteretic transmission, and optimizes the effect of the interference alignment in the non-ideal transmission environment, by studying the method of obtaining channel state information, the delay channel model and revising the injured channel information in the Femtocell sysetem. Through the research of the project, we put forward a kind of interference management method that apply to the two-tier multi-antenna communication system under dense deployment, solve the problem of interference alignment in the complex interference structure constraints effectively, and provide technical support for the two-tier structure of multi-antenna femtocell communication system.

两层网络结构下的多天线家庭基站/飞蜂窝可以为室内通信提供较好的覆盖环境，是提高室内语音和数据业务服务质量的有效手段。但其网络结构的特殊性使得系统中存在复杂的层内、层间干扰，导致传统干扰消除方法难以有效实行。因此，本课题提出对两层网络结构下多天线飞蜂窝通信系统干扰管理问题进行研究。课题以干扰对齐理论为基础，从飞蜂窝空中接口方式出发对空、频域下的干扰对齐特性进行分析，通过研究密集部署条件下的网络分簇与用户分组问题，实现干扰对齐求解过程的合理减负。同时，通过对飞蜂窝网络结构下信道状态信息获取方法的研究、延迟信道模型的建立以及受损信道状态信息的修正处理，有效解决在迟滞传输过程中产生的信道信息失配问题，优化非理想传输环境下的干扰对齐性能。通过本课题的研究提出一类适用于密集部署的两层多天线通信系统干扰管理方法，有效解决复杂干扰结构限制条件下的干扰对齐问题，为两层多天线飞蜂窝通信系统的应用提供技术支撑。

两层结构下的异构蜂窝网络可以为室内通信提供较好的覆盖环境，但其网络结构的特殊性使得系统中存在复杂的层内、层间干扰，通信节点的接入方式也面临更为复杂的选择，导致传统方法难以有效实行。为此，本课题研究了两层网络结构下的多天线飞蜂窝通信系统干扰管理问题。考虑到两层飞蜂窝网络通信环境的特殊性以及网络拓扑结构的时变特点，对频域中实施干扰管理策略进行了研究，通过最大化多个飞蜂窝用户协作频谱感知的全局检测概率，达到提高频谱资源的利用率与抑制两层网络接入干扰的目的。在此基础上，为了在时域上减小干扰对齐实施复杂度、有效确立实时用户集合，针对两层结构下基于干扰对齐的多天线飞蜂窝系统减负分簇准则与模型问题进行了研究，给出了基于分簇的分布式干扰对齐算法。相应地，对三维空间泊松分布条件下的两层网络结构进行了分析，对实际空间内的干扰对齐可完成的算法性能进行了研究，给出了基于聚类思想实现分簇的干扰对齐算法。同时，从实际环境下信道状态信息与数值型分布式干扰对齐技术的收敛性两方面入手，对两层多天线多用户飞蜂窝网络干扰管理进行了分析与深入研究，得到了干扰对齐约束条件下信息传输速率与能量采集之间可以进行有效折中的结论。对传统干扰对齐管理策略及两层网络非对称分布结构对系统信干噪比的影响进行了分析，针对具体飞蜂窝网络的信道特性，综合考虑信道质量和信号向量传输速率，研究了基于信道质量和发射机发射信号速率条件下动态调整发射机发射功率的方法，降低了干扰对齐迭代计算后的干扰泄露功率，有效改善系统总体干扰水平。最后，从无线通信网络的工作模式、拓扑结构入手，对能量传输、协作传输两方面进行研究，分别给出了不同实施方案下网络吞吐量、能耗效率等方面的有益结论。综上，通过本课题的研究提出一类适用于密集部署的两层多天线通信系统干扰管理方法，有效解决复杂干扰结构限制条件下的干扰管理问题，为两层多天线飞蜂窝通信系统的应用提供了理论与技术支撑。