高密WLAN中基于干扰对齐的组网优化研究

In high density scenarios, Wireless Local Area Network (WLAN) faces serious interference, which results in the contradiction between low throughput and people's requirement. Interference Alignment (IA) is an effective manner to control interference and improve system capacity in interference channels. However, interference channels interact each other in existing high density WLAN networking manners, and network throughput can’t be improved significantly. In order to control interference and improve network throughput more efficiently, this project intends to study networking optimization based on interference alignment in high density WLAN. At first, the framework of regional networking which can separate interference channels will be studied. The whole network is divided into a plurality of sub regions, and channels are allocated in sub regions rather than APs. Then, each sub region is considered as an interference channel, and IA based on reconfigurable antenna will be studied to control interference for sub regions. At last, the system model of region partition and channel assignment will be established, and the optimal scheme could be solved to maximize the Degree of Freedom (DoF) of the whole network. The DoF can describe the number of messages transmitted at the same time, therefore, this project will make high density WLAN more competitive by improving the DoF and throughput of the network, and it will greatly promote WLAN and Mobile Internet. In summary, This project has great theoretical significance and practical value.

在高密场景下，WLAN的干扰非常严重，导致网络吞吐量不能满足人们的需求。在干扰信道中，干扰对齐是控制干扰和提高系统容量的有效手段，然而，现有高密WLAN组网方式会造成干扰信道之间的相互影响，导致网络吞吐量不能得到显著提升。为了更有效地控制干扰和提高网络吞吐量，本项目将研究高密WLAN中基于干扰对齐的组网优化。首先，研究能够隔离各干扰信道的分区域组网框架，将网络划分为多个子区域，并以子区域为单位分配信道；然后，将每个子区域看作一个干扰信道，研究基于可配置天线的干扰对齐，控制子区域内干扰；最后，建立子区域划分与信道分配系统模型，以网络自由度最大化为目标得到最优子区域划分与信道分配方案。由于自由度能够反映同一时刻可同时传输的消息数量，本项目可通过网络自由度的提高获得更高的网络吞吐量，使高密部署的WLAN提供更好的服务，从而推动WLAN与移动互联网的进一步普及与发展，具有重大的理论意义和实用价值。

在现有无线局域网（Wireless Local Area Network，WLAN）组网方式下，为了降低干扰，通常为相邻接入点（Access Point，AP）配置互不重叠的信道。然而，随着WLAN部署密度的增大，处于干扰范围内的AP数量很多，仅通过信道分配很难有效控制干扰。本项目旨在研究通过干扰对齐和组网优化提高高密WLAN的系统容量。干扰对齐通过预编码技术使干扰信号在接收端重叠在一起，是提高自由度和系统容量的一种有效方式。通过可配置天线，可在WLAN中实现干扰对齐，然而，天线模式切换带来的延时在实际应用中是不可忽略的，为此，本项目从降低干扰对齐中可重构天线的模式切换延时入手，提出了一种在确保获得自由度增益的前提下可以显著降低天线模式切换次数的干扰对齐方案。在此基础上，本项目提出了基于干扰对齐的分区域组网框架，将整个网络划分为多个子区域，子区域内采用干扰对齐管理干扰，子区域间则通过信道分配避免干扰，通过这种方式，可以提高整个网络的平均自由度，此外，本项目还研究了特定网络拓扑下的最优子区域大小和信道分配方案。在最新的WLAN标准中，信道绑定技术可以通过增加信道带宽提高通信速率，本项目研究了基于囚徒困境的信道绑定策略，通过博弈确定每个WLAN的合理信道带宽。在完成WLAN组网后，用户终端需要通过AP接入网络，AP的选择策略会影响用户的服务质量和整个网络的吞吐量，本项目研究了基于可达归一化吞吐量的AP选择策略，通过信道竞争分析和可达归一化吞吐量计算选择AP，从而提高用户和整个网络的吞吐量。本项目已发表了上述研究成果相关的论文9篇，同时还申请了2项相关发明专利，这些成果可以为提高高密WLAN的系统容量提供一定的理论基础和技术支撑。