[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

本發明公開了一種基于Stiefel流形上共軛梯度法的MIMO干擾對齊方法，主要解決了傳統干擾對齊方法不能很好地提升網絡的總速率的問題，其具體過程為：(1)初始化用戶發送端的預編碼矩陣V_l(l＝1，…，K)；(2)構建速率最大的優化目標；(3)求得解碼矩陣U_k(k＝1，…，K)；(4)得到解碼矩陣U_k后，獲得預編碼矩陣V_l；(5)循環(3)?(4)，直到收斂或最大迭代次數。本發明能較好地提升網絡的總速率，用于多輸入多輸出(MIMO)網絡環境下用戶干擾對齊編碼設計，也可用在認知無線電中抑制主用戶與次級用戶干擾的預編碼設計。

技術領域

本發明屬于通信技術領域，涉及多用戶對同時傳輸時干擾對齊預編碼與解碼矩陣的設計，具體應用在多輸入多輸出(MIMO)網絡環境下用戶干擾對齊編碼設計，也可用在認知無線電中抑制主用戶與次級用戶干擾的預編碼設計。

背景技術

干擾對齊技術，用以消除用戶之間的干擾，是無線通信和未來通信領域亟待解決的關鍵技術。干擾對齊消除用戶間交聯的干擾，使每個用戶對獨立的傳輸數據，從而使得傳輸的無干擾的有用數據流的數量最大。

在現有的干擾對齊方法中，有從時域或頻域擴展的方式來實現干擾對齊的，比較經典的結論是，在K用戶的MIMO中，使用這種方法，用戶獲得的自由度時需要的時隙或頻域空間維度為如此大的空間需求，在現實需求中很難應用，并且當信道狀態變化較快的模型中，此方法很難實現。一些數值干擾對齊方法，如交替最小化方法(Alternating Minimization)、最小化干擾泄漏方法(Min Leakage)，都是將最小化干擾泄漏作為優化目標進行迭代，去最小化消除不了的干擾功率或干擾泄漏而獲得預編碼和解碼矩陣，這些方法在最小化干擾泄漏方面取得了一定的效果，但忽略了有用信號的功率，有用信號的功率并沒有得到提升，甚至受到不必要的抑制，因而導致低的信噪比和低的速率。

文獻【B.Zhu，J.Ge，J.Li，and C.Sun，“Subspace optimisation-based iterativeinterference alignment algorithm on the Grassmann manifold，”IET Commun.，vol.6，no.18，pp. 3084-3090，Dec.2012.】提出了一種增大有用信號空間的干擾對齊方法(GM-SOIIA)，基本思路為：首先，使用交替最小化方法獲得發端的預編碼矩陣，然后對所得到的預編碼進行調整，按照使其對增大有用信號功率的方向進行迭代。然而，在仿真中，我們發現，這種方法在調整預編碼時，很容易使得原先與干擾接近正交的預編碼“變壞”，即在調整過程中，預編碼和干擾遠離正交，從而使干擾增大，不但沒有增加有用信號的功率，反而使有用信號的速率降得更低。這種根據交替最小化方法和增大有用信號空間相結合的方法很難保證有用信號會得到改善，因為預編碼的調整引來的較大干擾，從而使速率變得更低。

發明的內容

本發明的目的在于克服上述已有技術的不足，提供一種最大化有用信號的干擾對齊的方法，既能將來自其他用戶的干擾進行抑制，又能有效地提升有用信號的速率，在Stiefel流形下，通過共軛梯度法去求解編碼矩陣的干擾對齊方法(MUSI-CGSM)，從而增加網絡的總速率。

實現本發明的技術思路是：將用戶接收的有用信號功率作為最大化的目標進行優化，同時將用戶接收的來自其他用戶的干擾放在約束中進行抑制，在Stiefel流形下，通過共軛梯度法去求解優化問題的解，從而得到用戶發送端的預編碼矩陣和收端的解碼矩陣。通過選取合適的干擾泄漏歸一化因子，實現網絡總體速率的提升。其具體步驟包括如下：

(1)初始化小區中基站的預編碼矩陣V_l(l＝1，...，K)，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；