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1、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
2、状态信息。最后，我们将会讨论干扰校对方法的优势和劣势。、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
3、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1/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
4、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。、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
5、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 ) +L+ HkK (t )XK(t)+
6、 Zk (t ) (1)其中k(1,2,.,K)是用户索引，Yk(t)是第k个用户的信道输出信号，XI(t)，HkI(t)分别是第k个用户的传送信号，第k用户的接收信号。Zk(t)代表加性高斯白噪声。假设HkI(t)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
7、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)在接收端为1时，在同样的子空间中，排列从V2,V3中接收的向量。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
8、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）
9、,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
10、能量约束。、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 ShyamnathGollakota，Samuel David Perli and Dina Katabi MIT CSAIL摘要： AP天线数量的多
11、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（），这是一种在网络中同时对发送接收机解码的新方法。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。我们认为几乎是局域网吞吐量的一倍。我们将应用在式收音机，实践证明对2X2局域网来说,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
12、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。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
13、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
14、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，AP1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
15、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
16、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，是公平的，因为在我们实验台上的每个客户端都能从的应用中获益，而不是从临时的中获益。3、能对大量的客户端提
17、供收益，包括一个独立的积极客户端。在这种情况下，利用它的多样性，以来提高其吞吐量。贡献本文章做出了三个主要的贡献：、它提出了干扰校对和干扰取消（），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。、它表明了几乎是（平板衰落，干扰受限的）局域网多元增益的两倍。一个分布式网络的容量表示如下：（）（）（），其中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的增长呈线性增长。我们证实了增加了平板衰落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
18、增长。、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,几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
19、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（）的最新进展为基础的。的发送端将多个客户端与一个独立的或者基站并发的通信。因此，的吞吐量受限于一个独立天线的数目。与此相反，这篇文章解决了这个问题，即：吞吐量并不受限于每个天线的数目。我们的工作也是与虚拟29,20相关的。虚拟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
20、个难题，所以虚拟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
21、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
22、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
23、，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
24、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p1,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。