[發明專利]低開銷拓撲干擾對齊和功率優化方法、系統、設備及應用

有效

• 申請號: 202011071464.3
• 申請日: 2020-10-09
• 公開（公告）號: CN112367105B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 李小亞;楊澤磊;周偉;梁霄;馬存燕;賀晨;彭進業
• 申請（專利權）人: 西北大學
• 主分類號: H04W52/00
• 分類號: 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

本發明屬于終端直通D2D用戶與蜂窩用戶構成混合通信網絡技術領域，公開了一種低開銷拓撲干擾對齊和功率優化方法、系統、設備及應用，首先將D2D與蜂窩混合通信多輸入多輸出MIMO信道進行奇異值分解，得到與其等價的多個并行單輸入單輸出SISO信道，然后通過推導拓撲干擾對齊獲得最大自由度條件，提出一種保證獲得最大自由度的基于干擾影響因子的拓撲矩陣構成算法，并進行拓撲干擾對齊消除部分干擾，最后針對殘余干擾進行基于泰勒展開的迭代功率優化進行抑制。本發明能使得系統在獲得最大自由度前提下有效抑制干擾，在只犧牲極少吞吐量的前提下，有效降低網絡中的反饋開銷，復雜度低，實現簡單，適用于實際系統應用。

技術領域

本發明屬于終端直通D2D用戶與蜂窩用戶構成混合通信網絡技術領域，尤其涉及一種低開銷拓撲干擾對齊和功率優化方法、系統、設備及應用。

背景技術

目前：當前關于D2D和蜂窩混合網絡的資源及干擾管理的研究多是在發送端知道全部的CSIT假設下進行的。然而發送端要獲得全部的CSIT就需要大量的信息反饋，這在實際中是不現實的。Cao P，Zappone A和Jorswieck E A.發表論文“Grouping-basedinterference alignment with IA-cell assignment in multi-cell MIMO MAC underlimited feedback”，提出干擾對齊技術的實現需要閉環傳輸，這就進一步增加了網絡中的反饋比特。另外，當前關于干擾對齊的大部分研究忽略了干擾強度的不同，考慮全連通的干擾網絡。然而實際中，由于路徑損耗、陰影衰落的不同，不同鏈路的干擾強度是不同的。而對齊較弱的干擾只能對系統性能帶來很有限的提升，卻大大增加了系統的計算負擔。

為了解決干擾對齊在實際應用過程中遇到的難題，Wang H，Song R，和Leung SH以及Chen X M，和Yuen C分別發表論文“Throughput analysis of interference alignmentfor a general centralized limited feedback model”和“Performance Analysis andOptimization for Interference Alignment Over MIMO Interference Channels WithLimited Feedback”致力于研究有限反饋下的干擾對齊技術。這些研究主要思想是對需要反饋的信息進行量化從而減小反饋比特。從量化對象出發，這些研究可分為三個方向：(1)干擾對齊預編碼矩陣量化；(2)信道信息量化；(3)信道信息和干擾對齊矩陣均量化。然而，由于量化帶來的干擾對齊不完美性，使得這些方案的性能受反饋比特數目影響非常大。因此，就需要嚴謹的設計量化碼書以及反饋比特分配策略。另外，量化碼書大小隨反饋比特數目的增加會呈指數形式增大，這會給收發節點帶來額外的負擔。

對比上述方法，為克服上述方法的弊端，Yi X.P.和Gesbert D.在其文獻“Topological interference management with Transmitter cooperation”中提出的拓撲干擾管理可同時解決上述兩個問題。拓撲干擾管理可在使用最少CSIT情況下，有效消除網絡中的干擾。然而該文獻并沒有給出拓撲干擾對齊的具體實現方法，將其應用到D2D與蜂窩混合網絡中時，仍存在兩個難題有待解決：一是如何構建多用戶異構MIMO網絡的拓撲結構，以實現可獲得最大自由度的拓撲干擾對齊；二是如何有效管理殘余干擾。現有的關于D2D和蜂窩混合網絡的資源及干擾管理方法各有優缺點：傳統干擾對齊技術反饋開銷大，系統的計算負擔重；基于量化的有限反饋干擾對齊技術會使得干擾對齊不完美，受反饋比特數目影響大；拓撲干擾對齊技術可以有效消除網絡中的干擾，同時有效降低反饋開銷，但已有文獻并未給出具體實現方法。因此針對多用戶異構MIMO網絡，如何設計一種有效降低反饋比特的部分干擾對齊方法是目前十分重要的一個研究方向，也是本發明所要解決的問題。

通過上述分析，現有技術存在的問題及缺陷為：現有方法反饋開銷大且干擾對齊不完美。