蜂窝无线通信系统干扰抑制及多天线预编码技术研究

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1、国内图书分类号:TN914，TN929.5密级:公开国际图书分类号:621.396西西西南南南交交交通通通大大大学学学研研研究究究生生生学学学位位位论论论文文文蜂窝无线通信系统干扰抑制及多天线预编码技术研究年级2012级姓名李毅申请学位级别博士专业交通信息工程及控制指导教师范平志教授、刘令嘉教授二零一八年一月ClassifiedIndex:TN914，TN929.5U.D.C:621.396SouthwestJiaotongUniversityDoctorDegreeDissertationInvestigationofInterferenceSuppressionan

2、dMIMOPrecodingTechniquesfortheCellularWirelessCommunicationSystemsGrade:2012Candidate:YiLiAcademicDegreeAppliedfor:DoctorofPhilosophySpeciality:TrafficInformationEngineering&ControlSupervisor:Prof.PingzhiFan,Prof.LingjiaLiuJan.,2018西南交通大学博士学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文

3、中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本论文研究第五代蜂窝无线通信系统的干扰抑制与多天线预编码技术，包括协作多小区系统中的干扰对齐技术、基于稀疏码多址接入技术的干扰译码以及基于多天线预编码技术的能效优化，异构网络中基于多天线预编码技术的层间干扰抑制和全双工微基站的自干扰抑制，下行多用户毫米波大规模天线系统中的混合预编码设计以及全双工大规模天线系统的可达速率分析与性能优化，其主要创新点如下：1.针对协作多小区下行场景，提出了一

4、种基于最大化信干噪比准则的干扰对齐算法。在该算法中，收发机的预编码矩阵和接收矩阵可以由有用信号的协方差矩阵与干扰噪声的协方差矩阵的广义特征分解求得，因此在有用信号增强和干扰噪声抑制两方面取得了折中。针对协作多小区上行场景，提出了一种基于稀疏码多址接入技术的干扰译码方案。该方案中，小区边缘的上行用户共享所有频率资源，但是不同的用户使用不同的子码本，然后基站处联合译码有用信号和干扰。当用户有两根天线时，进一步将所提方案与Alamouti编码相结合，获得空间、时间和频率分集，仿真验证所提方案可以改善系统的误码率性能。针对协作多小区下行场景，提出了两种迭代算法优化系统的能效。

5、该算法以最大化基站的最小能效为优化目标，利用块协同递减和连续凸近似技术求解非凸优化问题，保证基站间能效的公平性，改善基站的最差能效。所提方案和算法可以用于协作多小区系统的谱效和能效提升。(第2章)2.针对下行多用户毫米波大规模天线系统，提出了两种混合预编码设计算法。当系统工作在频分复用模式，且相移网络为全连接的结构时，基于最小化系统均方误差准则，优化了基站的数字预编码矩阵和模拟预编码矩阵。在基站天线数目趋于无穷的情况下，证明了使得系统均方误差最小的模拟预编码矩阵可以由用户发送的上行信号到达角来设计，从而降低了下行用户的信道反馈开销。针对实际系统中基站发送的下行信号离开

6、角与用户发送的上行信号到达角之间存在很小的失配误差，当误差服从截断的拉普拉斯分布时，推导了下行用户信号功率损失的近似闭合表达式。当系统工作在时分复用模式下，且相移网络为部分连接的结构时，基于最大化系统的加权和速率准则，优化了基站的数字预编码矩阵和模拟预编码矩阵。设计了一种低复杂度迭代算法，以求解高度非凸的优化问题，并将所提出的算法扩展到全连接的相移网络结构和相移器为有限分辨率的情况。(第3章)3.利用全双工技术提升了异构网络微小区回程链路的容量。在微基站采用一种特殊的全双工预编码结构，通过增加发射端射频电路的数量，增加空间自由度，提高了自干扰消除能力。此外，全双工微基

7、站复用宏基站的下行频谱进行回程数据的交换，以进一步提高接入网频谱资源的利用率。基于最大化系统的加权和速率准则，优化宏西南交通大学博士研究生学位论文第I页摘要为了更好地支持高清视频、虚拟现实等增强型移动宽带业务，第五代（TheFifthGeneration，5G）蜂窝无线通信系统将在峰值速率、用户体验速率、频谱效率、能量效率等方面进一步提升性能。其中，更密集的网络，毫米波技术、大规模天线技术和全双工技术被认为是5G系统容量提升的几大关键技术。然而，更密集的网络将带来更严重的小区间干扰；全双工系统中存在严重的自干扰；毫米波系统中可以利用大规模天线技术进一