无线网络延迟信道状态信息下联合干扰对齐和缓存技术研究

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第五代移动通信的场景之一是超密集异构网络。由于频谱资源的稀缺,频谱复用产生的干扰严重影响了网络的性能。因此,需要在无线网络中引入干扰对齐(Interference Alignment,IA)技术消除干扰,提升网络性能。另一方面,缓存技术在无线通信中的应用越来越广泛了。许多研究表明,可以利用缓存有效地消除无线网络中的干扰。因此,干扰对齐与缓存技术可以联合消除干扰。然而,大多数干扰对齐方案依赖于准确即时的发送端信道状态信息(Channel State Information at the Transmitter,CSIT)。在传统的干扰对齐方案中,不准确的CSIT会导致无法完全消除系统中的干扰,严重降低系统的自由度(Degrees of Freedom,Do F)。由于准确即时的CSIT难以获得,所以延迟CSIT下的干扰对齐技术得到了广泛的研究。本论文针对配置缓存的多输入单输出(Multiple Input Single Output,MISO)广播信道(Broadcast Channel,BC)系统,提出了一个延迟CSIT下的联合干扰对齐和缓存技术的方案。本论文所研究的配置缓存的MISO BC系统由一个数据库,一个基站和多个用户组成。数据库中存有用户所需要的文件。每个用户配置了一个缓存,可以存储数据库中的一个文件。在本论文提出的方案中,文件传输分为缓存放置阶段和传输阶段。在缓存放置阶段,用户尚未明确对文件的需求。将数据库中的文件均分成子文件。这些子文件通过基站无线传输给用户,按照本论文提出的方案存入用户的缓存中。在传输阶段,用户明确了自己需求的文件。根据用户需求和其缓存内容,基站向用户发送高阶信号。高阶信号是多个用户所需求的符号的线性组合。其中,构建二阶信号不需要延迟的CSIT,构建三阶及三阶以上的信号需要延迟的CSIT。在不同系统配置下,基站采用不同的信号发送方式以及决定是否生成新的高阶信号。当用户数目等于2时,传输阶段在基站发送二阶信号这一步骤终止,本方案退化为盲干扰对齐方案。本论文提出了两个定理。针对本论文所研究的配置缓存的MISO BC系统,在用户需求的文件各不相同的场景下,定理一描述了本方案下系统的总自由度。针对整个方案中发送的最高阶信号等于用户数,并且第二步到最后一步均为场景一的情形,定理二描述了本方案下系统的总自由度。相比于无缓存的延迟CSIT下的干扰对齐方案,本方案获得了较高的自由度,这体现了联合设计干扰对齐与缓存方案的优势。
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