有哈密尔顿环的MIMO协作拓扑干扰对齐方法技术

本发明专利技术公开了一种有哈密尔顿环的MIMO协作拓扑干扰对齐方法，本发明专利技术的实现步骤是：(1)设置系统参数；(2)构建多输入多输出MIMO干扰信道的部分连接模型；(3)判断发送端发送的当前期望信息是否满足对齐可行条件；(4)确定哈密尔顿环场景下的有效发送端；(5)以信息共享的形式，构建每个发送端的发送数据向量；(6)获得每个发送端的发送信号向量；(7)获得每个接收端接收到的信号向量；(8)对哈密尔顿环场景下接收到的信号向量进行解码；(9)结束干扰对齐。本发明专利技术实现了在有哈密尔顿环场景下协作拓扑干扰对齐方法，可用于提高MIMO干扰信道系统的传输速率。

【技术实现步骤摘要】
有哈密尔顿环的MIMO协作拓扑干扰对齐方法
本专利技术属于通信
，更进一步涉及无线通信
中的一种有哈密尔顿环的多输入多输出天线MIMO(multipleinputmultipleout)协作拓扑干扰对齐方法。本专利技术可用于有哈密尔顿环的多输入多输出MIMO干扰信道中，在仅知道发送端与接收端网络拓扑的前提下，通过多个发送端之间信息共享的相互协作，达到干扰对齐的目的。
技术介绍
针对干扰信道，拓扑干扰对齐方法因其可以在发送端不知道任何信道状态信息(CSI)，而仅需在发送端和接收端知道网络拓扑信息，通过一定的信号处理手段，最终可以达到干扰对齐的目的，成为近些年来干扰对齐领域的热点。西安电子科技大学在其申请的专利技术专利文献“MIMO干扰信道拓扑干扰对齐方法”(公开号：105871434A，申请号：201610187896.8)中公开了一种MIMO干扰信道拓扑干扰对齐方法。该方法的具体步骤为：基于SISO干扰信道的部分连接模型分别求解SISO干扰信道系统中满足干扰对齐条件的预编码向量和解码向量和MIMO干扰信道满足干扰对齐条件的预编码矩阵和解码矩阵，通过对MIMO干扰信道系统中的发送信号进行时延扩展和预编码，并对接收信号进行转置和解码，实现干扰对齐的效果。该方法虽然能在MIMO干扰信道实现拓扑干扰对齐的目的，但该方法仍然存在不足之处，在发送端的选择方面，它存在固定的选取范围，并且只用到了MIMO系统中每个收发节点对中最小的天线数，而对于收发节点中多余的天线数并未有效利用，最终的系统性能还可以进行优化提高。X.Yi和D.Gesbert教授在其发表的论文“Topologicalinterferencemanagementwithtransmittercooperation”(“IEEETransactionsonInformationTheory”2015，61(11)：1921-1934)提出了一种带有传输协作的拓扑干扰对齐方法。该方法的具体步骤为：针对SISO干扰信道，基于多个传输端的相互协作，通过设计预编码与解码矩阵达到干扰对齐的目的，并给出了系统的可达对称自由度。但是，该方案仍然存在不足，它仅仅从SISO干扰信道的角度出发研究了相应的协作拓扑干扰对齐方案，对于在更复杂场景下的具体方案并未涉及，性能上还可以更优。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述存在的问题，提出一种有哈密尔顿环的MIMO协作拓扑干扰对齐方法，以解决现有拓扑干扰对齐方法发送端选取单一，天线利用率不高以及现有协作拓扑干扰对齐方法只能针对SISO干扰信道系统的条件限制，并提高系统的传输速率。本专利技术的技术思路是：在有哈密尔顿环的场景下，基于多个发送端之间信息共享的相互协作，通过联合设计对于多输入多输出干扰信道的传输预编码矩阵与接收波束成形矩阵，结合一定的信号处理手段，达到干扰对齐的目的。为实现上述目的，本专利技术的主要步骤如下：(1)设置系统参数：将多输入多输出MIMO干扰信道系统中的每个发送端配置Mi根天线，每个接收端配置Nj根天线，其中，发送端与接收端的数目相等且Mi,Nj≥2，i表示发送端的序号，j表示接收端的序号，i,j∈{1,2...,K}，∈表示属于符号，K表示发送端与接收端的数目；(2)构建多输入多输出MIMO干扰信道的部分连接模型：将P≥η时的干扰链路设置为1，将P＜η时的干扰链路设置为0，忽略置0干扰链路对系统传输的影响，得到有发送端与接收端之间的连接关系的拓扑信息MIMO干扰信道的部分连接模型；其中，P表示来自多个干扰链路的干扰功率之和，η表示根据MIMO干扰信道的传输要求设置的干扰门限；(3)判断每个多输入多输出MIMO干扰信道系统中的发送端发送的当前期望信息是否满足对齐可行条件，若是，则执行步骤(4)，否则，执行步骤(9)；(4)确定哈密尔顿环场景下的有效发送端：(4a)以每个满足对齐可行条件的期望信息作为顶点，任意两个满足对齐可行条件的期望信息之间的对齐可行关系作为边，绘制对齐可行图；(4b)从每个对齐可行图中，找出所有经过对齐可行图中所有顶点且只经过一次的哈密尔顿环；(4c)找出每个哈密尔顿环中满足对齐可行条件的期望信息对应的所有多输入多输出MIMO干扰信道系统中的发送端；(4d)构造一个只包含0，1元素的K×K维的满足对齐可行图条件的对齐无冲突矩阵，剔除对齐无冲突矩阵中以1元素表示的与接收端无关的多输入多输出MIMO干扰信道系统中的发送端，得到对齐无冲突矩阵中以0元素表示的与多输入多输出MIMO干扰信道系统中的接收端有关的有效发送端，作为哈密尔顿环场景下的有效发送端；(5)以信息共享的形式，构建多输入多输出MIMO干扰信道系统中相互协作的每个发送端的发送数据向量如下：其中，si表示多输入多输出MIMO干扰信道系统中的第i个发送端的发送数据向量，<·>表示按列累加操作，表示多输入多输出MIMO干扰信道系统中的第j个接收端期望接收到的数据向量，H表示共轭转置操作，表示所有与多输入多输出MIMO干扰信道系统中第i个发送端有连接关系的接收端序号的集合；(6)获得多输入多输出MIMO干扰信道系统中每个发送端的发送信号向量：(6a)按照下式，设计多输入多输出MIMO干扰信道系统中的每个发送端的传输预编码矩阵：其中，Di表示多输入多输出MIMO干扰信道系统中的第i个发送端的传输预编码矩阵，vi表示单输入单输出SISO干扰信道的拓扑干扰对齐中第i个发送端的预编码向量，表示克罗内克积操作，表示阶数为的单位矩阵，表示多输入多输出MIMO干扰信道系统中第j个接收端期望数据向量的有效发送端的天线总数；(6b)对多输入多输出MIMO干扰信道系统中的发送端的发送数据向量利用传输预编码矩阵进行编码处理，得到每个发送端的发送信号向量；(7)获得多输入多输出MIMO干扰信道系统中的每个接收端接收到的信号向量：(7a)按照下式，获得多输入多输出MIMO干扰信道系统中每个发送端与接收端之间的信道矩阵：其中，表示多输入多输出MIMO干扰信道系统中的第i个发送端到多输入多输出MIMO干扰信道系统中的第j个接收端之间对角线上全为信道系数矩阵Hji的信道矩阵，IF表示阶数等于扩展系数F的单位矩阵，该扩展系数F由发送信号向量的传输时隙确定，Hji表示多输入多输出MIMO干扰信道系统中的第i个发送端与第j个接收端之间的信道系数矩阵，维度为Nj×Mi；(7b)将每个发送端的发送信号向量与信道矩阵相乘，得到多输入多输出MIMO干扰信道系统中每个接收端接收到的信号向量；(8)对哈密尔顿环场景下接收到的多输入多输出MIMO干扰信道系统中信号向量进行解码：(8a)在哈密尔顿环场景下，对多输入多输出MIMO干扰信道系统中每个接收端，用干扰消除向量和空间保持矩阵的克罗内克积的形式，同时设计两个接收波束成形矩阵；(8b)用两个接收波束成形矩阵分别与多输入多输出MIMO干扰信道系统中接收到的信号向量相乘，得到解码处理后的多输入多输出MIMO干扰信道系统中每个接收端的无干扰信号向量；(9)结束干扰对齐。本专利技术与现有的技术相比，具有以下优点：第一，本专利技术通过确定哈密尔顿环场景下的有效发送端，并以信息共享的形式，构建每个发送端的发送数据向量，实现多个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有哈密尔顿环的MIMO协作拓扑干扰对齐方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)设置系统参数：将多输入多输出MIMO干扰信道系统中的每个发送端配置Mi根天线，每个接收端配置Nj根天线，其中，发送端与接收端的数目相等且Mi,Nj≥2，i表示发送端的序号，j表示接收端的序号，i,j∈{1,2...,K}，∈表示属于符号，K表示发送端与接收端的数目；(2)构建多输入多输出MIMO干扰信道的部分连接模型：将P≥η时的干扰链路设置为1，将P＜η时的干扰链路设置为0，忽略置0干扰链路对系统传输的影响，得到有发送端与接收端之间的连接关系的拓扑信息的MIMO干扰信道的部分连接模型；其中，P表示来自多个干扰链路的干扰功率之和，η表示根据MIMO干扰信道的传输要求设置的干扰门限；(3)判断每个多输入多输出MIMO干扰信道系统中的发送端发送的当前期望信息是否满足对齐可行条件，若是，则执行步骤(4)，否则，执行步骤(9)；(4)确定哈密尔顿环场景下的有效发送端：(4a)以每个满足对齐可行条件的期望信息作为顶点，任意两个满足对齐可行条件的期望信息之间的对齐可行关系作为边，绘制对齐可行图；(4b)从每个对齐可行图中，找出所有经过对齐可行图中所有顶点且只经过一次的哈密尔顿环；(4c)找出每个哈密尔顿环中满足对齐可行条件的期望信息对应的所有多输入多输出MIMO干扰信道系统中的发送端；(4d)构造一个只包含0，1元素的K×K维的满足对齐可行图条件的对齐无冲突矩阵，剔除对齐无冲突矩阵中以1元素表示的与接收端无关的多输入多输出MIMO干扰信道系统中的发送端，得到对齐无冲突矩阵中以0元素表示的与多输入多输出MIMO干扰信道系统中的接收端有关的发送端，确定哈密尔顿环场景下发送每个接收端期望信号的发送端数目；(5)以信息共享的形式，构建多输入多输出MIMO干扰信道系统中相互协作的每个发送端的发送数据向量如下：...

【技术特征摘要】
1.一种有哈密尔顿环的MIMO协作拓扑干扰对齐方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)设置系统参数：将多输入多输出MIMO干扰信道系统中的每个发送端配置Mi根天线，每个接收端配置Nj根天线，其中，发送端与接收端的数目相等且Mi,Nj≥2，i表示发送端的序号，j表示接收端的序号，i,j∈{1,2...,K}，∈表示属于符号，K表示发送端与接收端的数目；(2)构建多输入多输出MIMO干扰信道的部分连接模型：将P≥η时的干扰链路设置为1，将P＜η时的干扰链路设置为0，忽略置0干扰链路对系统传输的影响，得到有发送端与接收端之间的连接关系的拓扑信息的MIMO干扰信道的部分连接模型；其中，P表示来自多个干扰链路的干扰功率之和，η表示根据MIMO干扰信道的传输要求设置的干扰门限；(3)判断每个多输入多输出MIMO干扰信道系统中的发送端发送的当前期望信息是否满足对齐可行条件，若是，则执行步骤(4)，否则，执行步骤(9)；(4)确定哈密尔顿环场景下的有效发送端：(4a)以每个满足对齐可行条件的期望信息作为顶点，任意两个满足对齐可行条件的期望信息之间的对齐可行关系作为边，绘制对齐可行图；(4b)从每个对齐可行图中，找出所有经过对齐可行图中所有顶点且只经过一次的哈密尔顿环；(4c)找出每个哈密尔顿环中满足对齐可行条件的期望信息对应的所有多输入多输出MIMO干扰信道系统中的发送端；(4d)构造一个只包含0，1元素的K×K维的满足对齐可行图条件的对齐无冲突矩阵，剔除对齐无冲突矩阵中以1元素表示的与接收端无关的多输入多输出MIMO干扰信道系统中的发送端，得到对齐无冲突矩阵中以0元素表示的与多输入多输出MIMO干扰信道系统中的接收端有关的发送端，确定哈密尔顿环场景下发送每个接收端期望信号的发送端数目；(5)以信息共享的形式，构建多输入多输出MIMO干扰信道系统中相互协作的每个发送端的发送数据向量如下：其中，si表示多输入多输出MIMO干扰信道系统中的第i个发送端的发送数据向量，<·>表示按列累加操作，表示多输入多输出MIMO干扰信道系统中的第j个接收端期望接收到的数据向量，H表示共轭转置操作，表示所有与多输入多输出MIMO干扰信道系统中第i个发送端有连接关系的接收端序号的集合；(6)获得多输入多输出MIMO干扰信道系统中每个发送端的发送信号向量：(6a)按照下式，设计多输入多输出MIMO干扰信道系统中的每个发送端的传输预编码矩阵：其中，Di表示多输入多输出MIMO干扰信道系统中的第i个发送端的传输预编码矩阵，vi表示单输入单输出SISO干扰信道的拓扑干扰对齐中第i个发送端的预编码向量，表示克罗内克积操作，表示阶数为的单位矩阵，表示多输入多输出MIMO干扰信道系统中的第j个接收端期望数据向量的有效发送端的天线总数；(6b)对多输入多输出MIMO干扰信道系统中的发送端的发送数据向量利用传输预编码矩阵进行编码处理，得到每个发送端的发送信号向量；(7)获得多输入多输出MIMO干扰信道系统中的每个接收端接收到的信号向量：(7a)按照下式，获得多输入多输出MIMO干扰信道系统中每个发送端与接收端之间的信道矩阵：其中，表示多输入多输出MIMO干扰信道系统中的第i个发送端到多输入多输出MIMO干扰信道系统中的第j个接收端之间对角线上全为信道系数矩阵Hji的信道矩阵，IF表示阶数等于扩展系数F的单位矩阵，该扩展系数F由发送信号向量的传输时隙确定，Hji表示多输入多输出MIMO干扰信道系统中的第i个发送端与第j个接收端之间的信道系数矩阵，维度为Nj×Mi；(7b)将每个发送端的发送信号向量与信道矩阵相乘，得到多输入多输出MIMO干扰信道系统中每个接收端接收到的信号向量；(8)对哈密尔顿环场景下接收到的多输入多输出MIMO干扰信道系统中信号向量进行解码：(8a)在哈密尔顿环场景下，对多输入多输出MIMO干扰信道系统中每个接收端，用干扰消除向量和空间保持矩阵的克罗内克积的形式，设计两个接收波束成形矩阵；(8b)用两个接收波束成形矩阵分别与多输入多输出MIMO干扰信道系统中接收到的信号向量相乘，得到解码处理后的多输入多输出MIMO干扰信...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟，韩雨，李建东，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61