感知中继干扰信道的自由度研究

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1、感知中继干扰信道的自由度研究王朝旭，张文逸（中国科学技术人学，电子工程与信息科学系）摘要：随着人们对高速率、大容量、高质量的多媒体业务的不断追求，现今的数据传输速率不足，频谱资源匮乏等问题口益明显。通过MIMO技术及OFDM技术，虽然己经町以获得高速率数拥传播，但相应带来的更多的干扰以及更恶劣的信道环境阻碍着高速传播。现冇的技术止在一筹莫展之时，干扰对齐技术提供了一个解决方案。本文利川干扰对齐技术，考虑了引入感知中继的干扰信道。理论上证明了三用户的感知中继干扰信道的自由度的上界为2,并且给岀了预编码矩阵的可行性构造。关键词：无线通信；干扰对齐；口由度；协作通信；信道容量；中图分类号：I

2、mpactonDegreeofFreedomWithaSingle-antennaCognitiveRelayWangZhaoxu,ZhangWenyi（DepartmentofElectronicEngineeringandInformationScience,UniversityofScienceandTechnologyofChina,Hefei230027）Abstract:Withmoreandmorepeoplepursuinghigh-speed,high-capacity,high-qualitymultimediaservices,thecuiTentlowrateo

3、fdatatransmission,andlimitationsofspectrumavailabilitymakethecurrentresearchmainlyfocusonsolvingtheseproblems.Wcanalyzestheeffectofdegreesoffreedomininterferencechannelwithasingleantennacognitiverelay.Wcproposeandprovethattheupperboundofthechanneldegreesoffreedomistwo.Furthermore,afeasibleconstr

4、uctionofprecodingmatricesofinterferencealignmentinthischannelmodel,isprovided.Keywords:Wirelesscommunication;interferencealignment;DegreeofFreedom（DoF）;cooperativecommunication;channelcapacity;0引言MIMO技术的引入确实大大提高了信道容量，但由丁多天线的应用，不可避免的大大增加了天线Z间的干扰。⑴在一个存在同频干扰的多小区通信环境屮应用多天线收发技术时，系统的频谱效率会受到严重的限制，从而变为一

5、个严重的干扰受限系统。在存在（OCI）邻小区干扰的环境中（只考虑最内层的干扰小区），3x3的MIMO系统容量甚至不会高T1x3的SIMO系统，甚至降低到和SISO系统同一•水平!多天线技术理论上所具有的高频谱优势此时己经无法获得。在这个困难下，干扰对齐的方法被提出。Cadambe和Jafar⑵提出了一种新的干扰消除方法——干扰对齐，其主要思想是将期望信号和干扰信号分别投影在接收信号的不同子空间屮，使Z互不相交。通过于扰对齐方法，K用户干扰信道的容量近似为作者简介：王朝旭（1989・）,男.博士通信联系人：张文逸，男，教授，博上生导师.wenyizha@ustc.edu.cnc(SNR)

6、=-log(SNR)+O(log(SNR)可以看到，在髙信噪比下，每个川户的口由度为0.5,信道容量随川户数线性增加，即通过干扰对齐方法K用户干扰信道不再是干扰受限的o但我们可以看到干扰对齐的意义非常的巨大，即使K个用户竞争相同的频段，每个用户可以得到一半的时间是无干扰的。突破我们传统的1/K的观念，大大的提高了信道容量。当引入感知中继又将是一个新的问题。为了降低干扰对齐的实现的复杂度，在［3］文中指出通过加入多天线的中继(MIM0中继)可以在有限的符号扩展就可实现干扰对齐。只要中继的天线数大于等于(k-2)(k-l),就可以都达到k/2的自山度。但这样会大大增加中继的天线。文献［4］

7、则考虑了k用户干扰信道下,每一个用户都配有一个单夭线的中继，只需要知道部分信道信息，就可以在有限的时延扩展下实现干扰对齐，达到k/2的自由度。但这样会需要k个屮继，虽然降低了屮继的复杂度，却增加了网络的复杂度。文献⑸中总结了两川户干扰信道下，感知用户(即每个发射端可感知其他发射端的信息)的引入，可使山度从M提髙到2M(假设这两个用户的天线数均为M)。同时［6］中三用户干扰信道加入中继并不会增加白山度。但对于三用户同时引入感知和中继的模型还没有相