干扰对齐翻译

干扰校对指南Farzad Talebi摘要：作为无线网络中的必然现象，干扰在通信网的设计中总是 备受着关注。在此，我们将提到一些传统的抗干扰方法。因为 不论用户数目的多少还是抗干扰方法本身都不能概括为两个以 上用户案例，所以可以使用这些抗干扰的方法来提高网络的总 容量。（因为不论是用户数量还是这种方法本身对两个以上用户 都不具有一般性，所以网络的总体能力将会被干扰所限制。）干 扰校对是一个令人诧异的方法，通过这种方法，时变干扰网络 的总容量就可以使用像时间，频率这样受限的资源，其中这些 资源是随着用户数量呈线性增长的。这里将要给出一些容易理 解的干扰校对的特例，也会给出对这种方法有用的一些不完美 的或者受限的信道状态信息。最后，我们将会讨论干扰校对方 法的优势和劣势。I、简介干扰信道就是当多对发送 接收机共享一个信息时，信息从一 个发送机传送到与其对应的接收机时将会干扰其它发送 接收机的 信息传送文献 1，在此教程中我们把高斯白噪声看为衰落干扰和 X 信道。干扰信道的信号输出是在公式（1）中提出的。X信道与干扰 信道有相同的输出，但是在这种情况下每个发送机对每个接收机发 送一个特殊的信息，而不仅仅向与它相匹配的接收机。在干扰信道 或者 X 信道中，干扰比噪声更会受关注，因为如果所有的用户都运 行于高信噪比中，噪声将会变得不是那么的重要，但干扰将会变得 越来越有挑战性。下面是一些已经验证过的实用干扰的管理方法： 干扰的解码 当干扰强度强于信号本身时，它将会被解码，即从期望信号中减去 干扰信号。因此，它允许接收机解码期望信号。由于复杂的多用户 检测，期望信号与实际信号相差很大文献 2，有关强干扰信息理论 也验证了这种说法文献 3。关于这个方法的重要注解是将这种方法 推广到两个以上用户并不是那么的简单。正交化 用实用的方法对抗与信号强度一样的干扰，就是把信号按照时间， 频率，代码进行正交。在这里设定其后将被确定的自由度为 1，如 果 有 K 个 用 户 ， 那 么 每 个 用 户 的 可 用 率 将 会 是 l/Klog(SNR)+o(log(SNR),其中 o(log(SNR)代表的是一种与 k 无关 的log(SNR)的功能。视它为噪声 不管是在实际上还是在理论上,把弱干扰看作噪声都证明是非常有 用的,因为我们知道,在弱干扰中引入结构并没有什么作用。自由度 在网络文学中自由度是一项重要的容量近似。在这里给出一个值得 记录的网络自由度的简单表面描述：1 、 网络自由度由于可解释成可解决的信号空间维度的数目。2、要是网络的总容量能够表示成d log(SNR)+o(log(SNR),那么网络就有 d 的自由度。3、在高信噪比中它是精确的容量近似。II、干扰校对干扰校对是在文献4中作为双用户输入输出 X 信道的编码技术 首次被关注的,它是用来实现复用成果明显的高于嵌入式的多输入 输出干扰信道,多路存储信道,广播分离的广播信道。在文献2中,作者将干扰校对看作是实现预期信号的 最大化 无干扰空间一种方法,它描述了在每个接收机中大体所有的干扰集 中在信号空间的 1/2 中,另外的 1/2 适用于没有干扰的预期信号。在干扰信道中,校对可以适用于任意数目的用户,但是随着用 户数目的增加,需要的信令空间就会越大,这些信令空间使每个用 户来恢复自身信号的一半 2。例如,对有三个用户的干扰信道来 说, 我们所呈现的干扰校对显示了每个用户所能达到的 1/2 log(SNR)+o(log(SNR)上限的总容量。K个用户的总容量，它将等 效于预先提到的 K/2 总容量的自由度。A) 三用户干扰信道的校对考虑 K 个发送接收机对共用一个信息进行交流，在时隙 t 时第 k 个 用户的输信号为：Yk(t)= Hk1(t)X1 (t ) + + HkK (t )XK(t)+ Zk (t )(1)其中ke(l,2,.,K)是用户索弓I，Y (t)是第k个用户的信道输出信k号, XJt), Hkl(t)分别是第k个用户的传送信号，第k用户的接 收信号。ZJt)代表加性高斯白噪声。假设斗浪)是连续分布，因 此它代表的是快衰落信道。作者在文献 2提出，当 K=3 时，我 们能够在 2n+1 的信道扩展中得出 3n+1 的自由度，那意味着选 择的 n 值越大，我们得出的自由度越接近于 3/2。当 n=1 时，假 设用户沿着波束形成向量V传输他们的编码信息X。这里干扰校 对的目的是在传送机端使用全因果信号来塑造波束形成向量，在 每个接收机端干扰排成队列，以使干扰的自由子空间达到最大。 一般地，我们能够得出波束形成向量V2,如：V2=13*1,(2)现在，其他的波束形成向量是在接收机端为 1 时，排列其他的 干扰信号(在本为例中信号来自第三用户 )得到，因此，波束形成 向量V3：H12V2=H13V3=V3=(H13)-1H1213*1,(3)3*1在接收端为1时，在同样的子空间中，排列从V2,V3冲接收的向 量。这在干扰校对的代数学中是一个关键点。同样，在接收端为 2 时，当我们想让发送机 1 形成两种波束形成 向量V11,V21,那么发送机3的干扰将会被排列成发送机1的波束 形成向量的其中之一，得出：H23V3=H21V11=V11=(H21)-1H23 (H13)-1H2113*1, (4) 最后，在接收端 3，发送机 2 的干扰将被按着发送机 1 端的一个 干扰尺寸排列，得出：H32V2=H31V21=V21=(H31)-1H32 13*1,(5)图表 1 显示了有序干扰，正如上面所描述面向所有接收机的干扰。在文献2中，假设信道为时变信道是必要的，因为理论依据建立 在将连续随机信号作为信道增益的基础上。但是，文献6和7对 特定的连续信道和一些慢衰落案例都得出了同样的结论，显示了 对这个观点的描述是可行的。B） 对 2X2 的 X 信道的干扰校对在文献8中，作者将他们在干扰信道的结论扩展到了更为通用的网络一X网络，在X网络中有一对发送接收机组，其中每个发送 机向每个接收机传送一个独立的信息。这个网络对BC （广播频 道），MAC （多路存储信道），和干扰信道来说是一种通用模型。 作者在文献8中对 M*N 的 X 网络得出了相似的结论，假设信道 为快衰落信道，那么这类网络的自由度为：（M*N）/（M+N-1）, 其中 M 为发送机的数目， N 为 X 网络中接收机的数目。当 M=N=2 时，图表 2 显示了干扰校对怎样工作，详细信息与干扰 信道事件非常相似。同样，图表 2 也显示了干扰信道的结论直接 源于文献8中 X 网络的结论。C） 有限的或者不完美的信道状态信息文献2和文献8的所有结论都建立在全信道状态信息的基础上，这些信息来自于每个发送机端的网络信道。但是文献 9却显示了 只有有限（量化）的反馈才能符合这种要求。在一个拥有 M 个发 送接收机对的干扰信道中，每个发送接收机对具有 P/M 的能量约束。III、结论:在这篇教程中，我们简明的阐述了一种在无线网络中抗干 扰的 方法。你会惊奇的发现，这种方法可以使时变干扰网络的自由度 随着共享同一信道用户数目的增加而增加，也阐述了这种方法可 以应用于慢衰落网络和一些恒定信道的网络。同时，这种方法要 求在每个发送机端链接有关所有网络的信道申明信息，这表明了 有限数目的反馈是足够的。但是，在蜂窝系统中，这种方法所能 达到的总容量也可以用一些其它简单方法实现，并且这些简单的 方法不需要节点之间的合作。干扰校对和消除Shyamnath Gollakota ，Samuel David Perli and Dina Katabi MIT CSAIL摘要：AP 天线数量的多少会对现有的 MIMO 局域网吞吐量形成限制。 本文阐述了如何解决这种局限性。它提出了干扰校对和消除（IA C）,这是一种在MIM 0网络中同时对发送接收机解码的新方法。 IAC包括干扰校对，干扰消除两种信号处理技术，显示的不是干 扰校对和干扰消除的单独应用，而是他们的联合应用。我们认为I AC几乎是MIM0局域网吞吐量的一倍。我们将IAC应用在G NU式收音机，实践证明对2X2MIM0局域网来说，IAC在下行 方向以1.5倍速度，上行2倍速度增加平均吞吐量。分类和主题描述 C.2.2 条计算机系统，电信设备制造商组织：计算 机通信网络一般条款 算法，设计，性能，理论关键词 干扰校对，干扰消除1、简介多输入输出（MIMO）技术逐渐成为未来无线网络的自然选择。 但是，目前的设计只是在有 MIMO 信道的发送接收机间取代了一个 单天线信道。这种设计的吞吐量总是受限于每个接入点（AP） 5,29天线的数目。如果每个节点有两个天线，客户端可以同时将两个 数据包发送到 AP。 AP 在每个天线上接收两个线性组合的数据包, 如图1所示。因此，AP获得的两个未知数据包的线性方程组，允许 其解码。每个接收点的天线传输更多的并发数据包,目的只是增加 干扰和防止解码。因此，当今所有实用 MIMO 局域网的吞吐量受限 于每个 AP 中天线的数目。本文介绍了干扰校对和干扰消除（IAC），这是一种实用的方法来 克服接收点天线限制MIMO局域网的问题。IAC包括干扰校对， 干扰消除两种信号处理技术，表示的不是干扰校对和干扰消除的单 独应用，而是他们的联合应用。为了解IAC如何工作，我们需考虑一个第二天线客户端如何将两 并发数据包上载到一个第二天线接收点。假设我们在同一无线信道 和干扰范围内有第二个 2x2 的客户接收点对，那么第二个客户接收 点对能够并发下载第三个数据包吗？在现有的 MIMO 局域网中，三 个并发数据包干涉。最后，两个接收点中的任一 个在三个未知数据 包中获得两个线性方程组，因此无法解码。相反， IAC 允许三个数据包进行解码。为了达到这个目标， IAC开发了两种MIMO局域网。1） MIMO发送机可以在接收端校准信号， 2）接入网通常连接到后端以太网，后端以太网起到协调作用。 因此，在 IAC 中，两客户端以一种特殊的方式编码它们的传输信 息，目的是为了在 AP1 端排列第二和第三数据包，而不是在 AP2 端 排列这两种数据包，如图2所示。结果，API可以把第二和第三数 据包当做未知的， AP1 将这两个未知数据包组合成两个线性方程， 允许其解码第一个数据包P1,然后AP1在以太网上将解码数据包发 送给AP2，这样干扰取消就可以减去已知数据包的影响。最终，AP2 便只剩下可以解码的两个线性方程组的未知数据包P2,P3。该系统 每时间单元发送三个数据包。因此，每个接入点的天线数量并不影 响系统的吞吐量。标记干扰校对与干扰取消之间的路线。在第一个AP （接入点），干扰校对将数据包的子集排列整齐，并且允许它在本地解码 一个数据包，从而启动解码过程。干扰取消使其它 APs 用已解码的 数据包来代替干扰本身，进而解码更多的数据包。干扰校对和干扰 取消都不能独自解码图 2 中的三个数据包。IAC 具有以下特点：1）从上面的例子可以看出，干扰校对和干扰取消（IAC）带来比 表面中更多的收益，这种说法可以推广到更多的天线。对一个具 有M个天线的MIMO系统来说，我们得到了一下结论：IAC在上行 链路中传送 2M 并行数据包，是大量天线上行链路吞吐量的两 倍；在下行链路传送Max（2M-2,3/2M）的并行数据包，几乎也是大 量天线在下行链路吞吐量的 2 倍。2）IAC 将它所有的协调托付给 APs, 这便告诉用户怎样编码他们的 数据包来得到预期的理想的队列。此外，信道*。3）IAC 与各种的调制器和前向纠错码一起使用。因为 IAC 在向其它PHY传送信号之前就减去了干扰。，IAC可以使用802.11标准 的MIMO调制/解调器与FEC （前向纠错码）。我们已经在 GNU-Radio 建立了 IAC 的原型，并且用配有双天线的 20USRP 节点的实验台来评估它的模型。我们的研究结果得出了一下 结论：1、IAC 通过下行 1.52 倍，上行 2.08 倍的吞吐量提高了我们 20 节 点，双天线的 MIMO 无线网络的吞吐量。这些实验收益略高于分析的 结果，因为我们的分析并没有模拟 IAC 的分集增益。2、从某种意义上来说，IAC是公平的，因为在我们实验台上的每 个客户端都能从IAC的应用中获益，而不是从临时的MIM0中 获益。3、IAC能对大量的客户端提供收益，包括一个独立的积极客户端。在这种情况下，IAC利用它的多样性，以1 .2x来提 高其吞吐量。11 贡献本文章做出了三个主要的贡献：1、它提出了干扰校对和干扰取消（IAC）,IAC是一种合 成干扰校对和干扰取消的管理技术，显示了在干扰校对和干扰取消 都不能单独应用的场景来增加吞吐量。2、它表明了 IAC几乎是（平板衰落，干扰受限的）MIMO 局域网多元增益的两倍。一个分布式网络的容量表示如下：C(SNR) = dlog(SNR)+o(log(SNR),其中d代表多路复用技术的增益，分布式网络的容量作为计算信 噪比的功能。在相对高的信噪比中，总容量只是受第一项的影响， 随着多路复用技术增益d的增长呈线性增长。我们证实了 IAC增 加了平板衰落MIMO无线局域网的多路复用技术的增益，因此也 得出了这些网络在容量的描述中呈线性增长。3、它是干扰校对证明自己可行性的第一次实施。我们的结论是 在平板衰落的信道中，校对可以在没有任何同步信号中进行，甚至 可以在并发传送机的不同频率偏移量中进行。提出了对准和干扰(取消),一新的馆际合作，干扰管理技术合成的干 扰，取消对准和干扰，这就表示combina -兴增加了优化情况下不对 齐，也适用取消另行规定。它分析表明，儿乎双打多元化馆际合作-ing增益(即数量的并行传输 flat-fading)，interference-limited MIMO 局域网。分布式的能力 网络可以写成6:2、相关性工作相关性工作在以下领域的应用 a）MIMO 通信原理。我们的成果建立在干扰校对的基础上。最 新成果表明在发送端的预处理信号，接收端的干扰 增加 无线网络的总容量。然而，据我们所知，这篇文章是第一 个提出系统设计和完整的干扰校对，显示了该成果在实践 中的应用。另外，这篇文章也是第一个将干扰校对和干扰 取消结合在一起的，称为IAC,在干扰校对和干扰取消联 合使用的情况下增加吞吐量。我们的工作以多用户MIMOCMU-MIMO）的 最新进展为基础的MUMIMO的发送端将多个客户 端与一个独立的AP或者基站并发的通信。因此，MU MIMO的吞吐量受限于一个独立AP天线的数目。与此 相反，这篇文章解决了这个问题，即：IAC吞吐量并不 受限于每个AP天线的数目。我们的工作也是与虚拟MIMO 29,20相关的。虚拟MIMO允许大量发送机并发的传送信息，同时也使接收 机端解码并发传送的信息。然而，因为有两个难题，所以 虚拟MIMO仍然是没有实践设计的理论概念.第一，它要 求发送机与标志水平相同步。第二，它要求接收机与原来 接收的信号样例进行比对，然后进行同步解码。信号取样 时进行比对会产生过多的开销，因为每个天线占用一个携 带信息的信号，需要的带宽是样品信号（每个样品信号大 约 8 位字长）的两倍。例如，每四个天线同步解码三个APs，每个天线都需要在以太网上发送 6 Gb/s。相比之下， IAC 的接收机端与解码数据包进行比对，因此以太网 的交通依然可以和无线网络的吞吐量相比较的。(b)无线网络基于单天线系统的工作已经提出使用大量的 APs 来提高覆 盖面积26,8,平衡负荷22，或者恢复已经损坏的数据包 24,31.这篇文章使用了大量APs,但是更详细的介绍了MIMO网络，介绍了一种新生的技术-IAC，这种技术可以让MIMO 局域网支持更多的信号进行同步传输，这些信号数目 远远高于现有的网络中同步传输的信号数量。 先前也提倡在单天线节点下进行并行传输。其中的一些设 计是通过用户之间划分资源来避免干扰的。例如：它们可 能会把不同的用户指定在不同的频带上 25,26, 或者不同 的代码7,17。其他的设计使用干扰取消来解码存在的干 扰信号14,18。 IAC 在工作重点上不同于这些工作，因为 它探讨的是 MIMO 网络。在机制上也不同于其它工作，因为IAC 并不指派给用户不同的频带或代码， IAC 应用于干扰取 消不能单独使用的场景。最后，拥有定向天线的 APs 把空间分成扇形，每个扇形服 务于不同的天线。这就避免了在不同扇形区域里节点之间 的干扰，并且允许大量客户在 AP 进行同步交流。既然我们 能够使节点处于同一扇形区域，在同一时间里进行交流， 那么我们的做法是正交于定向天线。3、干扰校对和干扰取消在 APs 通过有线基础设施(例如以太网)连接的大学或者社团校园里，IAC的设计目标是MIMO无线局域网。当今，这些网络通过分配 APs 到不同的 802.11 信道，使用一个 AP 来服务任 何特殊领域和任何受限干扰。类似于当前建筑，在干扰校对和 干扰取消中，相邻领域运用不同的 802.11 协议，但是与当前 建筑不同的是，在同一信道中，有一系列的 APs 服务于该领域 中的任意一个领域，而不是一个独立的AP。尽管有干扰，但 是 IAC 仍允许这一系列的 APs 来同时服务大量的客户。为了达 成这个目的，它利用有线宽带使 APs 合作来 解决无线电通讯 的问题。IAC 包含三种内容：1) 物理层-通过 APs 解码当前的数据，2) MAC 协议-配合发送机在无线介质中同步传输，3) 评估信道参数的有效制度。4、IAC 的物理层IAC 修改物理层以允许大量 client-AP 在 802.11 信道上同步 传输。 IAC 运行于现有的调制器和编码器，并且对两者都是清 晰易懂的。为了更加的清晰，我们把我们的观点呈现在双天线单节点的系 统中，并且假设节点知道信道评估。后来，我们把我们的观点 扩展到任意数目的天线，并且解释我们怎样测试信道的功能。 我们的观点关注的是一下情况：同步传输的干扰强于噪声，同 时同步传输的干扰又是影响接收的主要因素。(a)上行链路中的两个并行数据包：我们以图3中标准MIMO 为例，图 3 描述的是一个独立的客户端向一个 AP 传输两 个并发的数据包。描述的是客户端在第一个天线上传输 pl,在第二个天线上传输p2,信道线性相关两个数据包 (也就是说它线性相关数据包中的每两个数字样品 包)。因此，双天线 AP 接收以下信号：y1 = h11 p1+h21 p2y2 = h12 p1+h22 p2,其中， hij 是一个复数，它的大小和角度与衰减相关的，沿 着从客户端的第i个天线，到AP的第j个进行衰减。如图3所示。 既然节点有两个天线， 发送端和接受端的信号存放在二维空间里。 因此，使用二维空间向量来表示该系统 29是很方便的。这种方法 可以使我们用简单的图表来描述 MIMO 系统是如何工作的。我们可 以重写以上方程为：其中H是2X2上行信道矩阵（例如hij的矩阵）。因此，AP接收 两个向量的总和，其中一个向量沿着H1 0T方向，另一个沿着 H0 1T方向（.T指移位向量），如图3所示。