循环干扰信道的容量和高效编码传输方法研究

In this project, we will study the capacity region as well as the efficient transmission schemes for cyclic interference channels,and propose an efficient transmission scheme which is suitable for cyclic interference channel. Specifically, the following issues are involved: determination of the capacity region, inner bound, outer bound and degrees of freedom for the single-antenna and MIMO multi-user cyclic interference channel; analysis of the performance of the existing transmission schemes based on the multi-user cyclic interference channel; development of the time-frequence-based joint interference alignment algorithm which is suitable for the cyclic interference channel; and the joint optimization of energy-efficiency/time/space resources is investigated for the MIMO cyclic interference channel. On this basis, the coded transmission scheme for approaching the fundamental performance limits will be designed with the use of dirty paper coding (DPC) and rateless coding.

本项目旨在针对循环干扰信道，对其容量与高效传输方案进行深入研究，并提出一套能够适用于循环干扰信道的高效传输方案。研究内容主要包括：确定单天线及MIMO下的多用户循环干扰信道容量、内外界及自由度；分析两用户干扰信道中已有传输策略在多用户循环干扰信道下的性能；设计适用于循环干扰信道的时频联合干扰对齐方案；针对MIMO循环干扰信道，研究功率/时间/空间资源联合优化方案；在此基础上，采用污纸预编码（DPC）和Rateless编码技术设计能够逼近基本性能限的编码传输方案。

本项目利用速率分裂和精灵辅助方法，深入研究了多用户高斯干扰信道、循环干扰信道和Z干扰信道的信道容量和传输策略，并基于代数提出了适合高速移动通信环境下的LDPC编码方案。.具体地说，我们将速率分裂技术应用于多用户循环干扰信道中，提出自适应奇偶对称速率分裂方案以优化用户公有与私有信息比例。与T. S. Han 和K. Kobayashi在两用干扰信道提出的最佳传输方案相比，该方案能够以较低计算复杂度趋近HK速率内界；此外，利用精灵辅助方案，得到了多用户高斯Z干扰信道的速率內、外界。通过分析内、外界，确定了强干扰条件下多用户高斯Z干扰信道的容量限。中等干扰条件下，得出了基于速率分裂的HK传输速率距离容量限小于1bit。在弱干扰条件下，当用户数量趋于无穷，HK传输速率距离容量限趋于1bit。由于多用户Z干扰信道可模拟高速移动通信环境的下行链路，我们针对该实际链路提出了一种高效传输方案，通过仿真发现该方案能够提高小区边缘用户通信速率和小区覆盖，降低小区切换频率。.由于高速移动环境要求编译码低时延高可靠，我们基于LDPC码的Tanner图和图论中的图同构理论，建立了位置集合的同构理论，并提出了寻找这些位置集合的一种有效穷搜索方法。此外，还分析了Tanner准循环LDPC码的围长分布。数值仿真结果表明，所构造的LDPC码在AWGN信道上有很好的迭代译码性能，并且有较快的译码速度，可作为快速移动通信环境下的候选编码方案。.