题目：基于干扰中和的干扰协调理论及应用

干扰中和是一种新的小区间干扰协调技术，可以在不需要发射节点之间交换任何数据信息的前提下，通过有效利用系统中的多条传输路径进行干扰协调，保证无干扰传输。
在中继网络中，不仅可以利用中继扩大小区传输范围，提升小区边缘用户接收信噪比，还可以利用中继提供的多条传输路径，
进行辅助干扰管理，实现干扰中和，从而提高系统的频谱效率。
自由度作为信道容量在高信噪比（SNR）区域内的一阶近似值，可以充分反映干扰网络的传输潜力。
本文主要研究在中继辅助干扰网络的可达自由度和网络天线资源之间的关系。

在两信源两中继两目的节点的两跳（$2 imes 2 imes 2$）干扰网络中，研究了各节点天线数任意的情况下，采用线性无码元扩展收发机时网络的最大可达自由度域，并设计了达到自由度上界的基于网络分解和信道匹配辅助干扰中和的线性收发机。
首先根据节点天线数和信息论意义上的割集自由度上界之间的关系，将网络分为冗余网络和非冗余网络，证明了在非冗余网络中
采用无码元扩展线性收发机无法达到自由度上界。
在冗余网络中，证明了在仅有一根冗余天线的情况下，采用线性收发机即可达到信息论意义的自由度上界。
本文设计了达到自由度上界的双层收发机，包括基于网络分解的首层收发机和基于信道匹配的第二层收发机，
可以同时保证无干扰约束和数据传输约束。根据网络中各节点天线数的关系，所设计的收发机需要联合使用干扰回避、干扰消除以及干扰中和等技术。分析结果表明，$2 imes 2 imes 2$冗余网络的最大线性可达自由度域与割集自由度域完全吻合，
非冗余网络的最大线性可达自由度域的大部分与割集自由度域吻合、只有最大和自由度与割集和自由度相差1，并且该自由度差不能被消除。
研究结果表明，当采用广义线性收发机时，该自由度差仅为$0.5$。

在部分连通多小区多用户多中继网络中，研究了采用纯干扰中和时且各节点天线数任意时网络的可达自由度域，揭示了中继资源在干扰中和机制中的作用。
首先分析了系统中无干扰传输方程的可解性与
与干扰中和可行性的等价关系、以及干扰中和可行条件与系统可达自由度的关系。
随后得到干扰中和方程，分析了在考虑了直传链路中继辅助干扰网络中的干扰中和机制、及中继端天线资源在干扰中和过程中的作用。
通过分析干扰中和方程的可解性得到干扰中和可行的充分必要条件，
即系统中无干扰传输数据流数与各节点天线配置之间的函数关系，并由此得到采用纯干扰中和时系统的最大可达自由度域。
分析结果还表明在中继端总天线资源相等的情况下，对称网络中的可达和自由度总不小于非对称网络的可达和自由度。


在全连通中继辅助干扰广播信道中，研究了干扰中和可行的充分必要条件，分析了广义干扰中和可行的必要条件，以及两类特殊干扰中和方案可行的充分必要条件，由此得到采用线性无码元扩展收发机时一类对称配置网络的最大线性可达自由度。
本文定义了三种干扰中和方案，广义干扰中和、协调干扰中和以及纯干扰中和。
首先得到了广义干扰中和可行的必要条件，依据该条件所给出的无干扰传输数据流与网络各节点天线配置的关系，推导出网络的自由度上界。
由于在一般配置下要得到广义干扰中和可行的充分条件十分困难，进一步分析了两种特殊干扰中和方案，即{{纯干扰中和}}及{{协调干扰中和}}的可行条件，
并分析二者与广义干扰中和可行条件之间的关系。对于满足一定系统配置条件的中继辅助干扰广播信道，
得到并证明了这些系统中{{纯干扰中和}}以及{{协调干扰中和}}可行的充分必要条件，
并据此得到两种方案下系统的可达自由度。进一步发现，当基站和用户端都采用最小天线资源配置，
即基站和用户端都没有干扰处理能力时，协调干扰中和方案的充分条件恰好与广义干扰中和的必要条件一致，
从而可得该类系统的线性最大可达自由度。最后通过可行条件充分性的证明过程，分析了在任意配置的中继辅助干扰网络中，中继资源如何有效地协助进行干扰中和。本文所得到的自由度结论涵盖了现有已知的所有结论，
且现有结论均为广义干扰中和的特殊形式。