[發明專利]基于Stiefel流形上共軛梯度法的MIMO干擾對齊算法

有效

• 申請號: 201410311760.4
• 申請日: 2014-07-01
• 公開（公告）號: CN104253638B
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發明（設計）人: 李建東;董全;趙林靖;陳睿;閆繼壘;李釗;黃金晶;劉偉;盛敏;李紅艷
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04B7/0456
• 分類號: H04B7/0456
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.基于Stiefel流形上共軛梯度法的MIMO干擾對齊方法(MUSI-CGSM)，包括如下步驟：

(1)初始化用戶發端的預編碼矩陣V_l(l＝1，…，K)，其中K表示用戶數，初始化Ω，令ω＝0，其中指維度為M_l×d_l的復數矩陣，M_l為第l個發送端的天線數，d_l為第l個用戶接收數據的自由度，Ω為最大迭代次數；

(2)在干擾消除的條件下，最大化用戶的接收功率，最優化問題建模為

其中，||·||_F表示弗羅賓尼斯范數，U_k為第k個用戶的解碼矩陣，H_kl表示第l個發送端到第k個接收端的信道矩陣，P_k表示第k個用戶的發送功率，表示維度為d_k的單位矩陣；(·)^H表示矩陣的轉置；

(3)固定V_l(l＝1，…，K)，采用基于Stiefel流形上共軛梯度法求解解碼矩陣U_k(k＝1，…，K)；

(4)得到解碼矩陣U_k后，固定U_k(k＝1，…，K)，采用基于Stiefel流形上共軛梯度法求解預編碼矩陣V_l；

(5)獲得預編碼矩陣V_k和解碼矩陣U_k后，迭代(3)-(4)步驟，直到收斂或ω＝Ω。

2.根據權利要求1所述的干擾對齊方法，其中步驟(3)所述的采用基于Stiefel流形上共軛梯度法求解解碼矩陣U_k，按如下步驟構造：

(3a)構建用戶端的接收矩陣

其中y_k表示第k個用戶的接收信號，x_l為第l個用戶的發送信號，n_k表示第k個用戶接收的噪聲；

(3b)構建形成干擾對齊的等效信道和干擾泄漏矩陣， 當干擾被完全消除時，用戶的接收信號為：

實際上干擾并不能被完全消除，因而，干擾泄漏表示為：

Tr[·]表示矩陣的跡，其中為維度為N_k的單位矩陣，表示用戶k接收到的歸一化噪聲矩陣，N_k為第k個接收端的天線數；

(3c)根據權利要求1第(2)步的目標函數，當用戶間的干擾被消除時，目標優化可以分成k個用戶獨立優化，最大化第k個用戶的接收功率，最優化問題建模為：

(3d)令

α_k為第k個用戶的干擾歸一化因子，因為所以式子與式子等價，為方便簡潔，忽略下標，原問題轉化為：

s.t.U^HQU＝I_d

(3e)令A＝Q^1/2BQ^-1/2，原問題變為：

(3f)為正交矩陣，可視為Stiefel流形上的點，按照如下方法求解

1)初始化最大循環次數Ξ，初始化ξ＝0，初始化t₀，β，t₀為初始迭代步長，β是與迭代步長有關的參數，其中0＜β＜1；

2)對求導得：

3)對于任意滿足計算令Γ₀＝G₀；

4)令執行如下步驟；

5)令DR為的緊湊的QR分解，和通過下面式子獲得，其中exp指以e為底的指數函數；

6)如果令ξ＝0，執行9)，否則，執行7)；

7)如果ξ＝Ξ，令ξ＝0，跳出循環，否則，執行8)；

8)令ξ＝ξ+1，執行5)；

9)計算在Stiefel流形下，到的切向量為：

10)計算新的迭代方向

其中其中Δ₁，Δ₂代表任意矩陣；

11)重復步驟4)-10)，直到或迭代跳出循環。

3.根據權利要求1所述的干擾對齊方法，其中步驟(4)所述的采用基于Stiefel流形上共軛梯度法求解預編碼矩陣V_l，按如下步驟構造：

(4a)構建第l個發送端預編碼優化目標，

其中為維度為M_l的單位矩陣，表示用戶l發送的歸一化噪聲矩陣；令α_l為第l個用戶的干擾歸一化因子；為方便簡潔，忽略下標，原問題轉化為：

Tr[·]表示矩陣的跡；

(4b)令原問題變為：

(4c)為正交矩陣，可視為Stiefel流形上的點，利用如下方法求解

1)初始化最大循環次數Ξ，初始化ξ＝0，初始化t₀，β，t₀為初始迭代步長，β是與迭代步長有關的參數，其中0＜β＜1；

2)令

3)對于任意滿足計算令

4)令執行如下步驟；

5)令為的緊湊的QR分解，和通過下面式子獲得，其中exp指以e為底的指數函數；

6)如果令ξ＝0，執行9)，否則，執行7)；

7)如果ξ＝Ξ，令ξ＝0，跳出循環，否則，執行8)；

8)令ξ＝ξ+1，執行5)；

9)計算在Stiefel流形下，到的切向量為：

10)計算新的迭代方向

其中其中Δ₁，Δ₂代表任意矩陣；

11)重復步驟4)-10)，直到或迭代跳出循環。