[發明專利]一種基于MIL準則和RCG算法的干擾對齊方法

在審

• 申請號: 202211263229.5
• 申請日: 2022-10-14
• 公開（公告）號: CN115664479A
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 許曉榮;任恒緒;朱衛平;包建榮;姚英彪
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H04B7/0452
• 分類號: H04B7/0452;H04B7/0456;H04B1/525;H04B7/06;H04B7/08
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱月芬

本發明公開一種基于MIL準則和RCG算法的干擾對齊方法。本發明以IRS輔助的多用戶MIMO系統為研究場景，考慮由多天線發射機、接收機和IRS構成的多用戶MIMO系統中，存在多個發射機信號相互干擾的干擾信道模型。本發明以最大化系統的和速率優化目標，通過聯合設計發射端預編碼矩陣、接收端干擾抑制矩陣和IRS相移向量，利用信道互易性準則迭代求解預編碼矩陣和干擾抑制矩陣，并進一步采用RCG算法求解IRS相移向量，在保證給定的最小化干擾泄漏閾值條件下最大化系統的和速率，以實現系統干擾消除。本發明能夠有效提高系統的可達和速率。隨著IRS反射陣源數的增加，本發明的系統可達和速率較隨機IRS反射相移向量方案有明顯提高。

技術領域

本發明屬于信息與通信工程技術領域，提出了在智能反射面(IntelligentReflecting Surface,IRS)輔助的多用戶多輸入多輸出(Multiple Input MultipleOutput,MIMO)系統中一種基于最小干擾泄漏(Minimum Interference Leakage,MIL)準則和黎曼共軛梯度(Riemannian Conjugate Gradient,RCG)算法的干擾對齊(InterferenceAlignment,IA)方法進行干擾消除，實現最大化系統的和速率(頻譜效率)。

背景技術

隨著MIMO無線通信技術的發展，MIMO在大幅度提升系統頻譜效率的同時，也帶來了多天線信號相互干擾的增加，傳統干擾處理技術已經不能完全消除多用戶MIMO信號之間的干擾，因此，在多用戶MIMO無線系統中使用有效的干擾管理(Interference Management,IM)策略進行干擾消除成為研究人員的主要任務。干擾對齊(IA)技術已經成為多用戶MIMO系統中抑制用戶間干擾的有效技術之一。IA使用了多種技術來管理用戶之間的干擾，它可以在各種多用戶通信網絡中實施以執行IM。IA通過在發射端設計合理的預編碼矩陣和在接收端設計合理的干擾抑制矩陣，將干擾信號和期望信號分離，并在接收端將接收信號恢復，則能夠高效地抑制多用戶間的干擾，將干擾進行疊加至干擾信號空間。研究表明，采用IA，多用戶干擾網絡中的每個用戶能夠完全消除用戶所受到的同頻干擾，獲得在高信噪比無干擾情況下近一半的容量，同時，IA可以在提升系統空分復用增益的同時增加系統的自由度性能。目前，IA主要有兩種針對不同優化目標的策略，分別為以最大化接收端信干噪比為目標的最大化信干噪比(Maximum Signal to Interference plus Noise Ratio,MAX-SINR)策略和以最小化用戶間干擾泄漏功率為目標的最小干擾泄漏(MIL)策略。MAX-SINR策略以提高用戶接收端的信干噪比(Signal to Interference plus Noise Ratio,SINR)作為設計目標，在接收到系統中其他用戶干擾的情況下，通過設計干擾抑制矩陣和預編碼矩陣以最大化系統的SINR。MIL策略旨在盡可能消除多用戶系統中來自其他用戶的干擾，將其他用戶的干擾降到最低，從而實現信息的無干擾傳輸。基于高斯牛頓法的最小干擾泄漏(GaussNewton Minimum Interference Leakage,GN-IL)策略將MIL策略中的交替優化迭代步徑修正為高斯牛頓迭代步徑，通過迭代修正回歸系數，使回歸系數不斷逼近最佳回歸系數，最后使原模型的殘差平方和達到最小。GN-IL策略可以提高MIL策略的收斂速度，但增加了策略實現的復雜度。

智能反射面(IRS)是由多個重構無源反射元件構成的平面陣列，以一個軟件控制器協調其工作模式，其中每個元件均可以控制入射電磁波的反射角和反射強度，從而實現對反射信號的相位和幅度進行控制，使反射電磁波獨立產生相移，形成滿足差異化通信需求的三維無源波束，它可以作為一種無源智能中繼。與傳統反射面通信不同，IRS通過控制器實時調節各元件相移來反射信號，該發射信號可以增強接收端的接收功率同時削弱竊聽者的接收功率，從而提高系統的安全性。