[發(fā)明專利]低開銷拓?fù)涓蓴_對齊和功率優(yōu)化方法、系統(tǒng)、設(shè)備及應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011071464.3
• 申請日: 2020-10-09
• 公開（公告）號(hào): CN112367105B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李小亞;楊澤磊;周偉;梁霄;馬存燕;賀晨;彭進(jìn)業(yè)
• 申請（專利權(quán)）人: 西北大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W52/00
• 分類號(hào): H04W52/00;H04B7/0456;H04B7/06;H04B7/08
• 代理公司: 西安長和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪

1.一種低開銷拓?fù)涓蓴_對齊和功率優(yōu)化方法，其特征在于，所述低開銷拓?fù)涓蓴_對齊和功率優(yōu)化方法包括：

將D2D與蜂窩混合通信MIMO信道進(jìn)行奇異值分解，得到與其等價(jià)的SISO信道；

通過獲取拓?fù)涓蓴_對齊獲得最大自由度條件，提出保證獲得最大自由度的基于干擾影響因子的拓?fù)渚仃嚇?gòu)成算法，并進(jìn)行拓?fù)涓蓴_對齊消除部分干擾；

針對殘余干擾進(jìn)行基于泰勒展開的迭代功率優(yōu)化進(jìn)行抑制；

所述低開銷拓?fù)涓蓴_對齊和功率優(yōu)化方法包括如下步驟：

步驟一，設(shè)定終端直通D2D用戶與蜂窩用戶構(gòu)成混合通信網(wǎng)絡(luò)，小區(qū)集合設(shè)為不同小區(qū)之間復(fù)用相同的資源，小區(qū)內(nèi)不同蜂窩用戶使用正交的資源，一個(gè)小區(qū)內(nèi)復(fù)用相同資源的D2D通信鏈路集合設(shè)為整個(gè)通信系統(tǒng)中所有使用相同資源的蜂窩和D2D通信鏈路的集合分別設(shè)為和其中D為所有使用相同資源的D2D鏈路數(shù)目之和，第j個(gè)基站配置天線數(shù)目為M^[j]，第k個(gè)用戶配置天線數(shù)目為N^[k]且M^[j]≥N^[k]，網(wǎng)絡(luò)中同時(shí)存在強(qiáng)干擾和弱干擾，在干擾對齊應(yīng)用過程中，忽略一部分較弱干擾；一個(gè)基站作為中心控制節(jié)點(diǎn)，獲取全局的接收信道狀態(tài)信息CSIR，蜂窩用戶和D2D發(fā)送節(jié)點(diǎn)獲得有用信道的發(fā)送信道狀態(tài)信息CSIT，將D2D與蜂窩混合網(wǎng)絡(luò)建模成部分連通干擾信道；

步驟二，拓?fù)渚仃嘥表征了網(wǎng)絡(luò)的全局連通狀態(tài)表示為：

將MIMO信道H^[kk]分解為個(gè)并行獨(dú)立的SISO信道，其中為發(fā)送端天線數(shù)目，或M^[k]為接收端天線數(shù)目，信道H^[kk]的奇異值分解為：

其中，和為酉矩陣；

為的奇異值；

為H^[kk]的秩；

將MIMO信道經(jīng)奇異值分解等效為多個(gè)SISO信道；

步驟三，設(shè)系統(tǒng)中共有n個(gè)干擾對齊集合，其中第i個(gè)對齊集合中所有發(fā)送節(jié)點(diǎn)的集合設(shè)為其相應(yīng)的產(chǎn)生干擾的接收節(jié)點(diǎn)集合設(shè)為f_i，第i個(gè)對齊集中所有發(fā)送節(jié)點(diǎn)的發(fā)送信號(hào)沿干擾對齊矩陣進(jìn)行對齊，V_i^IA滿足||V_i^IA||＝1，所有的V_i^IA，i＝1,...,n之間是相互獨(dú)立的；如果MIMO系統(tǒng)拓?fù)?，滿足獲得最大自由度0.5條件，即無內(nèi)部沖突，則其等效的SISO系統(tǒng)仍可保證IA可行且每條SISO鏈路可獲得最大自由度0.5；并且對于任意一個(gè)用戶對k，等效的條SISO鏈路的等效發(fā)送節(jié)點(diǎn)一定屬于同一個(gè)對齊集，使用相同的干擾對齊發(fā)送矩陣；

步驟四，發(fā)送節(jié)點(diǎn)k屬于發(fā)送節(jié)點(diǎn)集合即則其對應(yīng)的接收節(jié)點(diǎn)k一定屬于接收節(jié)點(diǎn)集合f_m且m≠i，受到來自發(fā)送節(jié)點(diǎn)k干擾的接收節(jié)點(diǎn)集合設(shè)為f_i，而對接收節(jié)點(diǎn)k產(chǎn)生干擾的發(fā)送節(jié)點(diǎn)集合設(shè)為則接收節(jié)點(diǎn)k的第l條SISO鏈路接收到的信號(hào)為：

其中，為等效后的第k個(gè)用戶對第l條SISO鏈路信道系數(shù)，表示第k個(gè)用戶對第l條SISO鏈路的發(fā)送信號(hào)，表示第j個(gè)用戶對第s條SISO鏈路的發(fā)送信號(hào)，V_i^IA和為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞母蓴_對齊預(yù)編碼矩陣，為等效后的第j個(gè)用戶對第s條SISO鏈路對第k個(gè)用戶對第l條SISO鏈路等效干擾信道系數(shù)，為等效后的第k個(gè)用戶對第l條SISO鏈路收到的噪聲；

步驟五，接收節(jié)點(diǎn)k使用干擾對齊解碼矩陣來進(jìn)行信號(hào)估計(jì)，以恢復(fù)有用信號(hào)：

步驟六，依據(jù)拓?fù)涓蓴_對齊預(yù)編碼矩陣設(shè)計(jì)的目標(biāo)為最大化最小速率，得是與對齊集合數(shù)目n有關(guān)的變量，記為使用C_n代替建立如下和速率最大化問題：

(P1)

(2)

其中為功率向量，為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚仃?，和為等效后的信道增益，為等效的噪聲功率?/p>

步驟七，通過依次求解拓?fù)渚仃嚭凸β蕛?yōu)化兩個(gè)子問題來獲得優(yōu)化問題P1的解，構(gòu)造獲得最大自由度的拓?fù)渚仃?/p>

步驟八，功率優(yōu)化問題變?yōu)椋?/p>

(P2)

優(yōu)化問題P2中的目標(biāo)函數(shù)改寫凸-凸的形式：

其中，

對g(P)進(jìn)行一階泰勒展開，近似為線性函數(shù)，將目標(biāo)函數(shù)近似為凸函數(shù)，采取迭代的方式最終可求得優(yōu)化問題(2)的穩(wěn)定解；在第i次迭代中，近似的凸函數(shù)為：

其中，為g(P)的一階泰勒展開近似函數(shù)，表達(dá)式為：

步驟九，一個(gè)基站作為中心控制節(jié)點(diǎn)，不同基站之間由低時(shí)延回程鏈路相連，通過基站之間的信息交互中心控制節(jié)點(diǎn)可以獲取全局的CSIR，發(fā)送節(jié)點(diǎn)只知道自身有用信道信息，發(fā)送節(jié)點(diǎn)處儲(chǔ)存有預(yù)先計(jì)算好的干擾對齊預(yù)編碼矩陣。