相关性衰落信道与非完备CSI条件下异构无线通信网络干扰抑制

In order to meet the increasing demand for higher data rate, due to the scarce spectrum resources, spectrum-efficient techniques, such as multiple antennas and heterogeneous networking with a frequency reuse factor of 1, have been introduced in the new generation of wireless cellular networks. However, as a result, it will inevitably cause various types of serious interference, resulting degrading system performance drastically. Interference alignment elimination technique provides an effective approach for heterogeneous networks (HetNets) interference cancellation, but the existing interference elimination techniques are difficult to be employed in practical communications networks because of the complicated network scenarios and the unknown channel characteristics. Since it is extremely difficult to obtain the accurate channel state information (CSI) for actual correlated fading channels, the heterogeneous network interference elimination is a big challenge, and hence also has great theoretical value and practical significance. Thus, this research proposal will investigate the following contents: (1) the theoretical limits and governing relationship of interference elimination over correlated fading channels with imperfect CSI; (2) solving methods of optimization problem of interference elimination in the presence of imperfect CSI; (3) design of grouping/hierarchical interference rejection schemes for HetNets; (4) design of adaptive interference rejection schemes for HetNets.

由于频谱资源的日益紧张，为了满足对更高数据速率的需求，在新一代无线蜂窝网络中，引入了高频谱效率的多天线技术，并尽可能采用频率复用因子为 1 的组网（异构网）方式。然而，这会不可避免地带来各类严重的干扰，从而使得系统性能严重恶化。干扰对齐抑制技术提供了一种有效的异构网络干扰消除方法，但已有的干扰抑制方法由于复杂网络场景和未知复杂信道特性等原因，应用到实际通信系统中存在很大困难。由于实际相关性衰落环境的信道状态信息(CSI)很难准确获取，异构无线网络复杂干扰的抑制具有巨大挑战性，同时也具有很大的理论意义和实用价值。本项申请的主要研究内容如下：（1）相关性衰落信道与非完备CSI条件下干扰抑制极限性能与约束关系；（2）非完备CSI下干扰抑制优化求解方法；（3）适用于异构网络的分组/分层干扰抑制方案设计；（4）异构网络场景下自适应干扰抑制方案设计。

采用多天线和异构组网可以提升频谱效率，也不可避免地会带来各类严重干扰，从而使得系统性能恶化。本项目主要针对相关衰落环境非完备信道状态信息(CSI)条件下的异构无线网络复杂干扰分析与抑制开展研究，并取得了一系列创新性成果。所取得的成果对于理解异构无线通信网络干扰特性并进行干扰抑制具有重要意义。项目主要代表性成果如下：.(1)衰落环境条件下干扰抑制极限性能与约束关系：完成了干扰受限多跳无线网络端到端性能分析与优化；获得了多用户高斯干扰信道下最佳谱效和能效的可达极限性能与约束关系式；有条件地解决了大规模MIMO全双工蜂窝系统在干扰条件下的谱效与能效问题。 .(2)非完备CSI下干扰抑制与优化设计方法：分析了非完备CSI条件下的非正交多址接入（NOMA）干扰的影响与抑制机理；获得了非完备CSI条件下多普勒分集传输的能效与谱效优化方法；研究了非正交多址接入中的用户配对问题，获得了干扰条件下的系统性能；提出了干扰场景下多跳线性车载自主网络优化设计方法。.(3)适用于异构网络的干扰抑制方案设计：提出了异构无线网络带内全双工无线回传链路的分布式MIMO预编码方法；设计了多天线双向放大转发中继网络高效传输方案；针对时变衰落信道，提出了几种在基于导频信号辅助的信道估计和均衡技术。.(4)异构网络场景下自适应干扰抑制方案设计：提出了非完备CSI条件下的快时变信道自适应方案；设计了多小区MIMO系统能效优化的干扰抑制预编码；设计了异构无线网络下基于协作的缓存策略；提出了基于SWIPT的认知无线电协作方案，并分析了系统性能。.本项研究发表学术论文26篇，其中，IEEE TVT/TWC/TC/CL/SPL/WCL等国际知名英文刊物论文21篇，ICC、Globecom等旗舰国际会议发表论文5篇；申请发明专利2项；培养博士生6名，硕士生6名，其中杨正博士生获得“2017年度中国电子教育学会优秀博士学位论文奖”；合作组织三次高移动无线通信国际会议。