面向多用户MIMO干扰的混合型无线Mesh网络自由度上限及可达方案研究

How to make a reliable, near-optimal transmission and increase the total capacity of the system in multi-user MIMO interference scenarios, is one of the most urgent problems should be solved for hybrid Wireless Mesh Networks. This project aims to set up analytical methods for wireless mesh network with multi-user MIMO interference. Firstly, a distributed dynamic interference model will be explored to solve the problem of dynamic clustering and the upper bound degrees of freedom (DoF) based on space interference alignment and its achievable schemes will be researched. Secondly, towards the cross-level multi-user MIMO interference scenarios between routers and terminals, by joint considering the distribution model of dynamic and configuration of antennas in transmitters and receivers, the upper bound DoF based on linear interference alignment will be set up for the asymmetric MIMO broadcast channel. Finally, the upper bound of general degree of freedom (GDoF) and the corresponding achievable schemes for symmetric cross-level multi-user interference channel will be proposed to solve the power constrained networks which cannot be analyzed by conventional DoF. All above research results will help to address the bottlenecks of shortage of wireless communication spectrum as well as improve system capacity and communication quality.

针对混合型无线Mesh网络的各种多用户MIMO干扰场景，如何在有干扰的情况下进行可靠的、接近最优的传输以及提升系统总容量，成为目前通信领域中亟待解决的问题。本项目所要研究解决的重点是：探讨动态节点分布规律，建立分布式节点动态干扰模型，研究基于空间干扰对齐的自由度理论和可达方法，解决动态分簇问题；针对跨域多用户MIMO干扰模型，根据节点的动态分布模型与对称天线配置等特征，建立基于遍历干扰对齐的通用天线配置下的自由度分析方法，解决非对称MIMO干扰广播信道的自由度上限问题；针对终端域节点的功率受限特征，突破传统自由度条件，探索对称天线配置场景下的跨域多用户MIMO干扰信道的一般自由度上限及可达方案。本项目的研究成果将有助于解决无线通信频谱短缺的瓶颈问题以及提高系统容量和通信质量，对满足日益增长的无线通信业务需求具有非常重要的意义。

混合型无线Mesh网络的多用户MIMO干扰是非常重要且复杂的问题，也是近年来本领域的研究热点之一。本项目提出了不同干扰场景下基于遍历干扰对齐和盲干扰对齐的自由度可达方案，完善了自由度分析及可达方案设计理论。本项目完成的主要研究工作包括：.（1）研究了分布式节点动态干扰模型，根据节点的位置、信号到达角的分布以及信号到达的功率分布，采用三维散射体分布和一阶反射信号跟踪的方法，构建了联合水平角、垂直角和功率的信道三维分布特征，提出了一种三维MIMO信道模型，为动态对称多用户MIMO干扰场景建模提供了理论方法;.（2）研究并提出了路由域K对用户MIMO干扰网络的自由度上限可达方案。针对时变信道与非理想信道，通过联合设计线性预编码和信道“超符号”结构，提出了基于遍历干扰对齐和盲干扰对齐的自由度可达方案，证明了这两种方案所能达到的自由度与理论自由度上限一致;.（3）研究了跨域对称多用户MIMO干扰信道自由度及可达方案。针对跨域多用户MIMO干扰模型，根据节点的动态分布模型与对称天线配置等特征，建立了基于遍历干扰对齐的通用天线配置下的自由度可达方案，该方案通过设计简单的预编码与信道超对齐组结构，获得了理论自由度上限；将该自由度可达方案拓展到非对称干扰场景MIMO干扰广播信道场景，获得了非对称场景下的自由度上限;.（4）研究并提出了一种功率受限网络的多用户MIMO干扰模型的自由度可达方案。针对多用户MIMO复杂干扰场景，以终端节点功率限制为约束，以能量效率最大化为目标，基于循环迭代的思想，优化设计了最佳收发天线数和终端域节点的最优发射功率，并建立了该模型下的自由度上限分析方法。. 主要研究成果如下：. 1)已形成学术论文16篇，目前已有3篇被SCI检索，6篇被EI检索（已被SCI检索的未计入）；. 2)已申请国家发明专利6项；. 3)培养了3名博士，5名硕士。