基于非正交多址技术的盲干扰对齐研究

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在无线通信系统中,多用户间的干扰是制约系统容量增长的关键因素之一。目前正值第五代移动通信系统投入商用的初期,移动设备接入的数量剧增,用户对系统性能的要求更高,寻找更成熟有效的干扰管理技术已迫在眉睫。干扰对齐技术(Interference Alignment,IA)在理论上打破固有的系统容量受限的认知,成为了有效的干扰管理方案之一。基于功率域的非正交多址接入技术(Non-orthogonal Multiple Access,NOMA)作为5G的关键技术之一,有着极为宽阔的应用前景。针对多用户无线通信系统的干扰管理问题,本文深入研究了基于可重构天线的盲干扰对齐技术(Blind Interference Alignment,BIA),并将其与NOMA技术结合,提出基于两小区和三小区SISO网络的下行链路传输方案,在实现系统高自由度(Degrees of freedom,Do F)的基础上,提升系统和速率(Sum-rate)。本文的主要研究内容和创新点如下:(1)针对包含小区边缘用户和小区中心用户的蜂窝通信系统,结合时分多址技术(Time Division Multiple Access,TDMA)提出基于两小区和三小区的SISO下行链路系统的BIA传输方案,以消除不同用户间的多址干扰,实现不同用户期望信号的成功译码。(2)基于两小区和三小区的SISO下行链路系统,本文结合传统BIA方案和NOMA技术提出BIA-NOMA干扰管理方案。本文所提方案利用小区边缘用户和小区中心用户之间的信道差异性,消除了两小区和三小区NOMA SISO下行链路系统中的小区间干扰、小区内簇间和簇内干扰,旨在保障小区边缘用户通信质量的同时,提升用户可达速率及系统和速率(Sum-rate)。(3)本文分析比较了基于两小区和三小区的SISO下行链路系统的两个干扰管理方案的系统可达和速率。通过对MIMO系统容量和NOMA系统容量的对比分析,将两者结合重新计算了本文所提的干扰管理方案中小区用户的信干噪比(Signal to Interference plus Noise Ratio,SINR),根据香农公式(Shannon Equation)计算得到小区用户可达速率与系统可达和速率(Sum-rate)。实验仿真结果证明BIA-NOMA方案相对于BIA-TDMA方案,提升了用户可达率与系统和速率(Sum-rate)。本文进一步分析了两小区和三小区SISO下行系统可达的自由度,证明了BIA-NOMA方案的正确性和系统性能的提升。
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