题目：能量与频谱高效传输的协作干扰抑制

随着无线通信技术的飞速发展，各种移动互联业务模式应运而生。移动互联网的兴起使得人们对各种实时多媒体业务的需求呈现了爆炸式的增长。预计在未来的五到十年里，用户对数据率的需求将有近千倍的增长。这不仅会导致日益紧张的频谱资源变得更为稀缺，同时，也意味着高速的移动数据传输所造成的能量消耗将成倍上升。

在新一代蜂窝网络中，小区间干扰（Inter-Cell Interference, ICI）已成为制约系统能量效率（Energy Efficiency, EE）和频谱效率（Spectrum Efficiency, SE）提升的主要因素。自从1961年Shannon提出两用户高斯干扰信道开始，人们对干扰问题本质的理解已经逐步加深。随着新一代干扰网络中的ICI变得越来越复杂，人们对协作干扰抑制技术进行了不断深入的研究。本文正是以干扰网络的EE和SE为优化目标，分别从能量高效传输与频谱高效传输两个方面研究新型的协作干扰抑制技术。

在能量高效传输的协作干扰抑制方面，本文研究了多小区多天线协作波束赋形的干扰网络中的高能效的预编码。以每个用户的最低的数据率需求为约束条件，以最大化EE为目标，建立了求解高能效的预编码的优化问题。为了得到最大化EE的预编码这个非凸问题的解，本文首先构造了原问题中约束条件的凸子集和原优化目标函数EE的准凹下界，其次通过交替优化的迭代算法，在凸子集中最大化EE的准凹下界，从而得到了原优化问题的局部最优解。随后本文证明了所提出的算法的收敛性，对算法的初值进行了精心的设计，并证明了在一些特殊场景下，所设计初值的近最优性。由于本文为每个用户都设定了最低的数据率需求，因此，设计所得的预编码不仅可以适用于尽力而为的业务，还可以适用于各种实时及非实时传输的业务。仿真结果表明，所提出的算法的性能非常接近基于无干扰假设的理想上界。当电路功耗主导时，所得的预编码要比以最小化发射功率为目标的预编码
提供更高的EE。

在频谱高效传输的协作干扰抑制方面，本文设计了基于主动干扰删除（Proactive Interference Cancelation, PIC）的协作波束赋形的闭式解，并揭示了其背后的设计准则。在每个基站配备多根天线、每个用户配备单根天线的干扰网络中，本文假设用户可以根据不同的干扰场景选择最佳的解调策略，即当干扰较强时可以先将干扰解调然后将其删除，当干扰较弱时把干扰当作噪声来处理。基于这个假设，本文以最大化SE为目标，对发射波束赋形进行了优化设计，并得到了它的闭式解。随后，本文通过对波束赋形的闭式解的分析，揭示了其背后的设计准则，即发射端通过波束赋形来主动增强强干扰并削弱弱干扰，从而使得强干扰在接收端得以被正确地解调并被删除，并使得弱干扰可以被当作噪声来处理。仿真结果表明，所提出的基于PIC的波束赋形所达到的SE优于被动干扰删除方案、以及基于迫零的波束赋形的结果。