MIMO干擾網(wǎng)絡(luò)中的收發(fā)機(jī)設(shè)計(jì)與性能分析.pdf

1、隨著信息技術(shù)的持續(xù)高速發(fā)展，人們對(duì)于通信系統(tǒng)容量的需求也在逐步增長(zhǎng)，由此促進(jìn)了通信技術(shù)研究的快速發(fā)展。無線通信作為通信技術(shù)的重要組成部分，長(zhǎng)期以來都是通信技術(shù)研究的熱點(diǎn)之一。一方面，無線通信技術(shù)具有組網(wǎng)靈活、可移動(dòng)性、通信容量大等諸多優(yōu)點(diǎn);另一方面，由于無線通信借助自由空間傳輸無線信號(hào)，導(dǎo)致通信系統(tǒng)運(yùn)行于嚴(yán)重的干擾環(huán)境之中，同時(shí)由于系統(tǒng)用戶對(duì)通信系統(tǒng)容量的需求不斷增長(zhǎng)，導(dǎo)致無線頻譜資源緊張和干擾的日益嚴(yán)重化。多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)

2、的發(fā)展給無線通信技術(shù)的研究帶來了新的契機(jī)，是未來無線通信技術(shù)的重要研究方向。MIMO技術(shù)可以帶來更高的系統(tǒng)復(fù)用增益和分集增益，在提高系統(tǒng)的頻譜效率、有效抑制干擾和系統(tǒng)容量的提升等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。收發(fā)機(jī)設(shè)計(jì)問題是MIMO技術(shù)研究的熱點(diǎn)問題之一，在MIMO無線通信系統(tǒng)中，許多提升系統(tǒng)性能的技術(shù)問題最終都可以歸結(jié)為收發(fā)機(jī)設(shè)計(jì)問題。
　　本論文以MIMO干擾信道網(wǎng)絡(luò)作為研究場(chǎng)景，以MIMO收發(fā)機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)作為核心問題，采用凸優(yōu)化的數(shù)學(xué)

3、工具將干擾泄漏作為優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)，在優(yōu)化約束條件的選擇上，主要從有用信號(hào)滿秩約束，干擾信號(hào)的低秩約束和干擾信號(hào)的低功率約束三個(gè)層面進(jìn)行。優(yōu)化算法設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于:用戶內(nèi)數(shù)據(jù)流間干擾(ISI)對(duì)系統(tǒng)性能的影響，以及干擾泄漏最小化和最小化最大干擾泄漏這兩種不同的目標(biāo)函數(shù)設(shè)計(jì)方法對(duì)算法性能產(chǎn)生的不同影響。
　　在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了秩約束干擾泄漏最小化算法，作為與其它算法進(jìn)行性能比較的基準(zhǔn)，為了獲得更好的系統(tǒng)平均和速率性能，綜合考慮了用戶間干擾

4、(IUI)和用戶內(nèi)數(shù)據(jù)流間干擾(ISI)，設(shè)計(jì)出了考慮數(shù)據(jù)流間干擾的秩約束干擾泄漏最小化算法;同時(shí)，為了提高系統(tǒng)的公平性和穩(wěn)定性，使用最小化最大干擾泄漏作為優(yōu)化問題的目標(biāo)函數(shù)，設(shè)計(jì)出了秩約束最小化最大干擾泄漏算法和考慮數(shù)據(jù)流間干擾的秩約束最小化最大干擾泄漏算法。
　　使用MATLAB編程語言和CVX優(yōu)化工具包對(duì)上述收發(fā)機(jī)優(yōu)化算法進(jìn)行了仿真，并且從MIMO干擾信道網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)有效性、公平性和穩(wěn)定性三個(gè)層面進(jìn)行了比較。
　　通過仿

5、真分析，我們發(fā)現(xiàn)采用不同的收發(fā)機(jī)設(shè)計(jì)思想對(duì)系統(tǒng)的性能會(huì)產(chǎn)生不同的影響，考慮用戶內(nèi)數(shù)據(jù)流間干擾可以有效提高M(jìn)IMO干擾信道網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)平均和速率性能，即系統(tǒng)的有效性;使用最小化最大干擾泄漏的方法可以提高系統(tǒng)的公平性和穩(wěn)定性。另外，就系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整體性能而言，系統(tǒng)的有效性與公平性和穩(wěn)定性之間存在折中(trade off)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，要獲得有效性的顯著提升，勢(shì)必會(huì)造成系統(tǒng)公平性和穩(wěn)定性的下降;反之，要保證系統(tǒng)的公平性和穩(wěn)定性，也會(huì)給系統(tǒng)