低开销拓扑干扰对齐和功率优化方法、系统、设备及应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112367105A(43)申请公布日2021.02.12(21)申请号202011071464.3(22)申请日2020.10.09(71)申请人西北大学地址710127陕西省西安市太白北路229号(72)发明人李小亚杨泽磊周伟梁霄马存燕贺晨彭进业(74)专利代理机构西安长和专利代理有限公司61227代理人黄伟洪(51)Int.Cl.H04B7/0456(2017.01)H04B7/06(2006.01)H04B7/08(2006.01)权利要求书5页说明书16页附图9页(54)发明名称低开销拓扑干扰对齐和功率优化方法、系统、设备及应用(57)摘要本发明属于终端直通D2D用户与蜂窝用户构成混合通信网络技术领域，公开了一种低开销拓扑干扰对齐和功率优化方法、系统、设备及应用，首先将D2D与蜂窝混合通信多输入多输出MIMO信道进行奇异值分解，得到与其等价的多个并行单输入单输出SISO信道，然后通过推导拓扑干扰对齐获得最大自由度条件，提出一种保证获得最大自由度的基于干扰影响因子的拓扑矩阵构成算法，并进行拓扑干扰对齐消除部分干扰，最后针对残余干扰进行基于泰勒展开的迭代功率优化进行抑制。本发明能使得系统在获得最大自由度前提下有效抑制干扰，在只牺牲极少吞吐量的前提下，有效降低网络中的反馈开销，复杂度低，实现简单，适用于实际系统应用。CN112367105ACN112367105A权利要求书1/5页1.一种低开销拓扑干扰对齐和功率优化方法，其特征在于，所述低开销拓扑干扰对齐和功率优化方法包括：将D2D与蜂窝混合通信MIMO信道进行奇异值分解，得到与其等价的SISO信道；通过获取拓扑干扰对齐获得最大自由度条件，提出保证获得最大自由度的基于干扰影响因子的拓扑矩阵构成算法，并进行拓扑干扰对齐消除部分干扰；针对残余干扰进行基于泰勒展开的迭代功率优化进行抑制。2.如权利要求1所述的低开销拓扑干扰对齐和功率优化方法，其特征在于，所述低开销拓扑干扰对齐和功率优化方法包括如下步骤：步骤一，设定终端直通D2D用户与蜂窝用户构成混合通信网络，小区集合设为不同小区之间复用相同的资源，小区内不同蜂窝用户使用正交的资源，一个小区内复用相同资源的D2D通信链路集合设为整个通信系统中所有使用相同资源的蜂窝和D2D通信链路的集合分别设为和其中D为所有使用相同资源的D2D链路数目之和，第j个基站配置天线数目为M[j]，第k个用户配置天线数目为N[k]且网络中同时存在强干扰和弱干扰，在干扰对齐应用过程中，忽略一部分较弱干扰；一个基站作为中心控制节点，获取全局的接收信道状态信息CSIR，蜂窝用户和D2D发送节点获得有用信道的发送信道状态信息CSIT，将D2D与蜂窝混合网络建模成部分连通干扰信道；步骤二，拓扑矩阵T表征了网络的全局连通状态表示为：将MIMO信道H[kk]分解为个并行独立的SISO信道，其中为发送端天线数目，或M[k]为接收端天线数目，信道H[kk]的奇异值分解为：其中，和为酉矩阵；为的奇异值；为H[kk]的秩；将MIMO信道经奇异值分解等效为多个SISO信道；步骤三，设系统中共有n个干扰对齐集合，其中第i个对齐集合中所有发送节点的集合2CN112367105A权利要求书2/5页设为其相应的产生干扰的接收节点集合设为第i个对齐集中所有发送节点的发送信号沿干扰对齐矩阵进行对齐，满足所有的之间是相互独立的；如果MIMO系统拓扑，满足获得最大自由度0.5条件，即无内部冲突，则其等效的SISO系统仍可保证IA可行且每条SISO链路可获得最大自由度0.5；并且对于任意一个用户对k，等效的条SISO链路的等效发送节点一定属于同一个对齐集，使用相同的干扰对齐发送矩阵；步骤四，发送节点k属于发送节点集合即则其对应的接收节点k一定属于接收节点集合且m≠i，受到来自发送节点k干扰的接收节点集合设为而对接收节点k产生干扰的发送节点集合设为则接收节点k的第l条SISO链路接收到的信号为：其中，为等效后的第k个用户对第l条SISO链路信道系数，表示第k个用户对第l条SISO链路的发送信号，表示第j个用户对第s条SISO链路的发送信号，和为网络拓扑的干扰对齐预编码矩阵，为等效后的第j个用户对第s条SISO链路对第k个用户对第l条SISO链路等效干扰信道系数，为等效后的第k个用户对第l条SISO链路收到的噪声；步骤五，接收节点k使用干扰对齐解码矩阵来进行信号估计，以恢复有用信号：步骤六，依据拓扑干扰对齐预编码矩阵设计的目标为最大化最小速率，得是与对齐集合数目n有关的变量，记为使用Cn代替建立如下和速率最大化问题：3CN112367105A权利要求书3/5页其中为功率向量，为网络拓扑矩阵，和为等效后的信道增益，为等效的噪