论文摘要
干扰是无线网络中的一个重大瓶颈,因而在干扰现象越来越严重的未来无线网络中,干扰管理势必起着举足轻重的作用。基于此,本论文从信息论的角度探讨了几种重要无线网络（包括蜂窝网络、认知网络以及突发性干扰信道）中干扰管理的极限性能并给出了相应的系统自由度（Degree of Freedom,简称DoF）的描述。关于蜂窝网络,本论文首先给出了两小区情形下的完整自由度刻画（假设用户端为单天线）,即：每个小区可实现MK/M+K个自由度（其中M为基站端天线,K为每小区用户数）。该结果一方面体现了多天线的复用增益,另一方面也体现了蜂窝网络所具有的多用户增益,而这两方面的增益又都建立在基于子空间的干扰对齐方案基础上。进一步,本论文给出了任意小区蜂窝网络的完整自由度刻画,其结果与两小区情形几乎一致,即：在一般情形下,每小区可实现的自由度也为MK/M+K,注意到这是一个与小区数无关的结果。另外,当用户数K较大时,每小区的自由度将趋近于M,而该结果正是单个小区（即小区间干扰为0）所能获得的最大自由度,这意味着：如果采用最优的干扰管理策略,我们甚至可以近似实现完全无干扰情形下的自由度,这是一个比Cadambe&Jafar所得到的“半个蛋糕”结果更好的结论——在我们的问题场景下,每个基站可以近似获得“整个蛋糕”!再次,本论文将上述蜂窝网络的自由度结果推广到了用户端为多天线的情形：分别给出了其自由度的下界与上界,并证明了在一类较为容易满足的条件（即：G>N/gcd（M,N）,其中G为小区数,gcd（M,N）代表正整数M与N的最大公因子）下,本论文所提出的可达策略实际上可以实现自由度上界,因此该情形下的自由度结果也就得到了完整的刻画,即：每小前区的自由度为MKN/M+KN。对于因果性认知广播信道,本论文给出了干扰迫零与基于脏纸编码的干扰预消除相结合的干扰管理策略,该策略被证明在大多数情形下都可获取可观的次级系统速率与自由度。另外,作为该研究的一个副产品,本文给出了MIMO广播信道在仅有发射端已知干扰信息情形下的容量域,有趣的是,该容量域与干扰不存在时的容量域完全相同!对于MIMO突发性干扰信道,本论文完整刻画了其自由度域（DoF region）,该结果表明,如果能采用有效的机会式干扰管理策略（比如利用多天线同时进行干扰迫零与干扰对齐）,我们可以获取由于信道的突发性而导致的统计增益。进一步,本论文将该自由度域的结果应用到了随机接入干扰信道中用以确定最佳自由度工作点,并给出了相应的最优传输策略。本论文的上述研究结果可以大略地总结为：高效的干扰管理策略对于提高无线网络的传输速率具有至关重要的作用；另外,多天线与干扰管理之间也存在着有趣的互动：一方面,如果没有很好地进行干扰管理,多天线的复用增益将不复存在；而良好的干扰管理方案则可以保持该增益。另一方面,多天线所能提供的空间资源又可以有效地协助进行干扰管理,比如干扰迫零、干扰对齐以及干扰预消除等。