密集蜂窝小区局部信道信息干扰管理与传输策略

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相邻小区信号带来的干扰，不同于一般意义上无规律可循的白噪声，而是具有一定的"信号结构"特征；如何挖掘并利用这种干扰的"结构化"特征，对于提高频谱效率、降低能耗等具有相当的吸引力。本课题受K对用户干扰链路启发，从高效的干扰管理的角度研究密集蜂窝水平或重叠覆盖提升系统容量的新方法，探索多小区、多用户、多天线对干扰信道自由度贡献在内在相互制约的基本规律。具体考虑小区空间布局引起衰落差异的真实信道场景，根据小区间"结构化"干扰的耦合强度合理构造干扰协作小区规模与用户集选择，突破当前全局信道信息的局限，充分发掘蜂窝网局部信道信息基于子空间对齐的特有的多用户分集增益与MIMO复用增益的潜力，从信息论的角度，研究基于局部信道信息的干扰干扰管理所能达到的自由度理论极限，并探索逼近这种极限的优化传输策略；旨在为未来密集组网水平覆盖对等或重叠覆盖主从网络提升频谱效率奠定理论基础。

无线网络以其便利性，在生产生活中越来越扮演重要角色，海量的数据交互与通信实时要求也给无线网络覆盖与传输提出了更高的要求。密集网络所面临的干扰问题，已成为制约无线网络容量提升的瓶颈，尤其是移动状态难以获取信道信息时，如何解决干扰，如何实现多用户通信，是未来通信亟需解决的关键问题之一。. 课题中，考察无线通信的实际场景，将用户分为能获取信道信息的静态用户、以及不能获取信道信息的动态用户两类，为实现动态用户信息的正常传输，采用基于格拉斯曼流行子空间编码方法，该方法的特点在于码字通过无线信道线性空间传输，码字的子空间不发生变化，因此，可以将有效信息与干扰信息，通过子空间映射的形式，实现严格意义上的“干扰对齐”。课题中，重点研究了多用户MIMO广播信道在混合CSI下的自由度域，即小区中既有动态用户也有静态用户的场景。对于动态用户，因其运动速度足够快，收发端均没有CSI；而对于静态用户，可在获取CSI基础上通过迫零预编码的形式实现静态多用户内部的通信。将动态用户与静态用户采用归属不同子空间的编码码字，通过格拉斯曼-欧式叠乘的形式，基站在与动态用户通信的同时，也能与静态用户通信，系统能获取比现有分时系统更高的自由度。. 在具体的传输策略上，不再只是考虑完全精确信道信息的理想假设，而是考虑存在量化、时延等估计误差条件下调度策略。具体方法上，根据发送端非理想CSI的前提条件，研究中断概率约束下加权总速率最大化鲁棒波束成形设计问题。通过建立中断概率模型，通过利用Bernstein类型不等式和SDR方法得到中断概率约束的“安全”近似。将原问题表示一个两层优化问题，其内层为凸锥问题，外层为多维搜索问题，良好解决了该NP-hard问题。. 此外，课题组还搭建了密集网络实验平台，将以宏蜂窝为代表的LTE、与以微蜂窝为代表的WiFi进行融合，在深圳建立原型系统试验场，通信速率达到13.75Gbps，高于5G吞吐率指标。