MIMO网络中基于自由度调度的干扰对齐算法

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gaoqingshan
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近年来,随着无线通信的迅猛发展,无线业务种类越来越繁多,无线网络结构越来越复杂,不同用户都在追求更高的无线服务质量。然而,随着无线服务的拓展,各用户、各网络之间的干扰问题也随之变得越来越严重,这将严重影响无线网络的性能,因此,设计有效的干扰管理方案显得尤为重要。干扰对齐(Interference Alignment, IA)技术是近年来提出的一种新兴编码技术。其通过在发射端和接收端设计编码矩阵,在空间维度上对干扰信号进行对齐和迫零消除,同时留出无干扰的子空间供有用信号进行传输。相比传统的干扰管理方式,该技术可以完全消除网络干扰,实现更多的网络自由度和更大的网络吞吐量。为进一步提升网络性能,针对多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)干扰网络,本文在干扰对齐技术基础上,分析了网络中干扰对齐的可行性条件,并据此设计了用户间自由度调度方案。该方案以网络吞吐量最优为目标函数,以干扰对齐可行性为约束,根据信道的优劣情况在用户间进行自由度的分配,使得具有优质信道的用户分得自由度较多,具有劣质信道的用户分得自由度较少,从而提高网络的性能。在此基础上,本文进一步考虑了发射端在各自由度上的功率分配问题,并基于速率最优的目标设计了各自由度上的功率分配算法。通过仿真可以看出,经过功率分配算法和自由度调度算法,干扰对齐技术的性能可以得到明显提升。除此之外,考虑到在实际通信中,信道估计一般存在误差,这将导致选择出的最优自由度调度方案可能不是实际的最优方案。为了避免上述情况,考虑非理想的信道估计情况,本文提出了两种自由度调度策略,分别通过基于均值滤波的遍历方式和基于离散随机优化的方式,有效地选出平均性能最优的自由度调度方案。同时,考虑网络中每个用户的通信需求,本文设计了一种基于用户需求的自由度调度算法,并将其与网络吞吐量最优调度算法相结合,以兼顾网络性能和用户公平性。
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