基于干扰消除的MIMO无线网络调度问题研究

来源 :曲阜师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jiapeng1
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无线通信网络的快速发展对通信技术的性能提出了更高要求。多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)技术在不增加带宽或传输功率的情况下,可以同时传输多个数据流,显著提高吞吐量。因此,MIMO得到广泛关注。在MIMO无线网络中,MIMO增益与链路调度密切相关。所谓链路调度,就是在给定若干无线链路的场景中选择那些可以同时传输的链路子集合。由于链路的累积干扰效应,网络传输功率很大程度取决于耦合链路的SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio)值。链路调度性能的提高主要受制于链路干扰。常见的干扰处理有干扰避免和干扰消除两种方式。前者通过频分多址或时分多址等方式将链路划分到不同的独立信道上,从而避免干扰;后者利用节点对混合信号进行预编码和解码来消除干扰。相继干扰消除(Successive Interference Cancellation,SIC)是一种用于干扰消除的多包接收技术,根据接收端接收到的混合信号进行迭代解码。基于现阶段国内外研究成果,本文在SINR模型下,研究了基于干扰消除的MIMO无线网络中的单时隙链路调度问题,包括以下两个主要内容:(1)提出MIMO无线网络中基于SINR模型的MSIC链路调度算法。首先,基于SIC技术建立MSIC模型,并构建具有流量平衡和链路容量约束的跨层优化调度数学框架。然后,考虑干扰的全局性,划分干扰区域以局部化干扰。最后,提出一种基于MSIC约束的分布式链路调度算法,消除网络中竞争链路之间的干扰。实验结果表明,与未使用SIC技术的算法相比,MSIC算法可以提高约73%的单位端到端吞吐量。(2)提出MIMO无线网络中基于SINR模型的DoF-SIC链路调度算法。虽然MSIC算法可以提高网络吞吐量,但是该算法以满足SINR阈值为前提,即弱信号的解码以所有强信号的成功解码为先决条件。当SINR值小于当前阈值时,综合考虑SIC和DoF IC两种干扰消除技术的优缺点,在MSIC模型基础上加入DoF约束,提出一种联合DoF和SIC的链路调度算法。一方面,当满足阈值时使用SIC技术消除干扰,节约DoFs资源;另一方面,在不满足阈值条件时,使用DoFs资源消除SIC解码过程中的强干扰,从而达到SIC解码的阈值条件。基于以上思想,首先,将来自不同发送节点的信号进行分类,并对不同集合中的信号执行不同的干扰消除操作;其次,构建数学模型,将DoF协议模型和SIC物理模型进行耦合。最后,提出DoF-SIC链路调度算法,改进MSIC算法的缺陷。实验结果表明,DoF-SIC算法可以实现DoF和SIC之间的互惠互利。
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