一种接收端全双工协同传输策略及功率分配方法组成比例

本发明专利技术提供一种接收端全双工协同传输策略及功率分配方法，两个发送端和两个接收端都工作在同一频段，本发明专利技术就发送端与接收端的信号传输策略、接收端的干扰消除方法以及功率分配算法三个方面做出改进；每一时隙中，在接收端在转发上一时隙信号之前利用已知的上上一时隙的信号消除干扰以免在之后的时间中不断累积，同时通过合理的参数设计有效地协调多小区的传输，在定义域内，通过将发送端速率最大化的非凸优化问题转化成凸优化问题求解得到发送端的发送参数在指数函数上的值以及接收端的发送参数映射在指数函数上的值的最优解所对应的发送端的发送参数与接收端的发送参数即为最优的功率分配，在强干扰信道环境下能有效提升网络性能。

A Receiver Full Duplex Cooperative Transmission Strategy and Power Allocation Method

The invention provides a full-duplex cooperative transmission strategy and a power allocation method at the receiving end. Both transmitters and receivers work in the same frequency band. The invention improves the signal transmission strategy at the sending end and the receiving end, the interference elimination method at the receiving end and the power allocation algorithm at the receiving end. In each slot, the receiving end uses the signal before transmitting the last slot signal. In the definition domain, the non-convex optimization problem which maximizes the rate of the transmitter is transformed into a convex optimization problem to obtain the value of the transmitter parameters on the exponential function and the transmitter parameters mapping of the receiver. The optimal solution of the value on the exponential function corresponds to the optimal power allocation of the transmitter and the receiver, which can effectively improve the network performance in the strong interference channel environment.

【技术实现步骤摘要】
一种接收端全双工协同传输策略及功率分配方法
本专利技术涉及无线通信技术，特别是蜂窝小区间相互干扰的移动通信网络。
技术介绍
随着超密集网络技术在即将到来的5G中被提出，基站的部署将会越来越密集，随之而来的干扰管理问题变得更加具有挑战性。例如，几个移动终端都位于各自小区的边缘且相关很近时，若采用相同的频带传输信号则会互相干扰，进而影响信息的传输。这一通信场景被广泛地建模为干扰信道。相关研究表明，接收端协同技术能够有效提高干扰信道的容量，特别是结合同时同频的全双工通信技术。协同通信技术中，各个节点之间按照某种协同方式共享天线，通过获得分集增益提高系统性能。协同通信使得信道条件差的节点获得可接受的信道质量和足够的通信速率。而将协同通信技术与双工模式结合起来，则形成了用于多址接入系统的全双工中继方案，通过双工模式的特点提高频谱效率，通过协同的方式提高系统中的信道容量。然而，在同时同频全双工中，由于发射机和接收机在同一频带上同时收发信号，使本地发射信号通过电磁耦合进入接收机，造成本地发射信号和目标信号混叠，从而在接收机前端产生严重的自干扰现象。2006年，A.Host-Madsen等人研究了两用户的高斯干扰信道在接收端协同的全双工通信作用下的容量区域上界，并给出了不同的编码方案下的系统可达速率。基于相同的模型，V.M.Prabhakaran等人在2010年从信息论的角度分析了该系统的和速率，结果表明，在理想的自干扰消除情况下，接收端协同的全双工通信系统能够提升一倍的和速率。上述工作都假设全双工产生的自干扰能够完全被抑制，而在实际工程中，自干扰的消除过程并不理想，部分残余自干扰也会影响通信系统的性能。
技术实现思路
本专利技术针对多小区的干扰问题，提出一种使传输速率最大化的接收端全双工协同传输方法。本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是，一种接收端全双工协同传输策略及功率分配方法，包括以下步骤：在当前时隙，两个发送端均发送当前时隙的信号给两个接收端，两个接收端各自接收来自两个发送端的信号，且两个发送端和两个接收端都工作在同一频段；在当前时隙，两个接收端各自接收信号；各接收端采用前向解码的方式，联合经过自干扰消除后的在当前时隙和在上一时隙的接收信号用于解码上一时隙来自发送端的信号；当解码完成后，从接收端当前时隙的接收信号中减去上一时隙来自发送端的信号以完成干扰消除，完成干扰消除的当前时隙的接收信号作为下一时隙向另一个接收端的待转发信号，此时完成干扰消除的当前时隙的接收信号具体包含有来自发送端当前时隙的信号、未被完全消除的部分残余自干扰和噪声；最后将在上一时隙中完成干扰消除的接收信号经放大后转发至另一个接收端；接收端发送信号和接收信号都工作在同一频段。发送端的发送参数与接收端的发送参数的通过以下方式设置：1)确定两个发送端的发送参数以及两个接收端的发送参数的定义域；2)根据两个发送端的发送参数以及两个接收端的发送参数的定义域从而确定发送端的发送参数在指数函数上的定义域以及接收端的发送参数映射在指数函数上的定义域；3)在定义域内，通过将发送端速率最大化的非凸优化问题转化成凸优化问题求解得到发送端的发送参数在指数函数上的值以及接收端的发送参数映射在指数函数上的值的最优解所对应的发送端的发送参数与接收端的发送参数即为最优的功率分配。本专利技术的有益效果是，就发送端与接收端的信号传输策略、接收端的干扰消除方法以及功率分配算法三个方面做出改进；每一时隙中，在接收端在转发上一时隙信号之前利用已知的上上一时隙的信号消除干扰以免在之后的时间中不断累积，同时通过合理的参数设计有效地协调多小区的传输，在强干扰信道环境下能有效提升网络性能。附图说明图1为接收端协同的全双工干扰信道；图2为强干扰信道条件下不同解码方案速率区域对比；图3为非强干扰信道条件下不同解码方案速率区域对比；图4残余自干扰对最大和速率的影响；图5干扰信道对系统性能的影响。具体实施方式如图1所示，考虑一个两发两收的高斯干扰信道模型，两个发送端分别向两个接收端发送信号，两个接收端对来自两个发送端的信号相互转发。在两个接收端之间建立了全双工模式下的协同链路，协同链路和其他链路都工作在同一频带，且每个接收端能够同时同频地发送和接收信号。因此，接收端残留的部分自干扰和噪声也会在两个接收端之间相互转发。传输策略：接收端全双工协同的传输和接收过程为：两个发送端k(k＝1,2)每个时隙都会发送当前时隙的信号给两个接收端，两个接收端之间会采用放大-转发的协同方案传输上一时隙接收到的信号。A.发送端的发送信号在第i个时隙，发送端k发射信号tk(i)到接收端，tk(i)可表示为tk(i)＝pkxk(i),k＝1,2.(1.1)其中，pk表示发送参数，信号xk(i)为单位功率。因此，发送端的功率约束满足：其中，表示发送端上发送功率的定义域，Pk表示发送端k能够提供的最大发送功率。B.接收端的发送信号接收端j在第i个时隙将上一时隙收到的信号经过一系列处理后，通过放大-转发的机制协同地传输给另一接收端(接收端j对应的另一个接收端)。因此，接收端j上的发送信号可表示为：sj(i)＝ωjyj(i-1),j＝1,2.(1.3)其中，ωj表示接收端的发送参数。接收端在上一时隙经过处理后的信号yj(i-1)可表示为：其中，表示接收端j在第i-1时隙的残余干扰和噪声，hkj表示发送端k到接收端j的信道参数。类似的，接收端j的发送功率约束满足：其中，表示的功率，PRj表示接收端j能够提供的最大发送功率。C.接收端的接收信号在第i个时隙，接收端j接收到的信号分别来自两个发送端、另一个接收端和它本身。由公式(1.1)和公式(1.4)，可得到接收端的接收信号为：其中，cjj表示从接收端到接收端j的协同信道参数，nj是循环对称的复高斯噪声，即满足高斯分布D.接收端的干扰消除根据(1.6)式，xk(i)直接来自发送端k，xk(i-1)来自另一接收端的协同作用，而信号sj(i)则来源于接收端j自身被当作自干扰处理。则进行自干扰消除后得到的信号可表示为：其中，残余自干扰被建模为循环对称的复高斯噪声，即残余的干扰和噪声将会随着有用信号在接收端j和接收端之间一起被不断放大并转发，因此形成了累积的残余干扰和噪声从(1.8)可以看出，当前时隙的累积残余干扰和噪声跟上一时隙的累积残余干扰和噪声有关，我们可以将其看成一个马尔可夫过程。通项表达式可以计算为：通过(1.9)式计算的统计特性，可以得出，当时，的功率趋于一个稳定值结合(1.5)式，得到接收端上的发送参数约束为：由此，得到接收端上的发送参数约束以及发送端的功率约束，为之后最优化功率分配提供实现基础。根据(1.7)式，我们采用前向解码的方式进行解码，在第i时隙，利用dj(i)和dj(i-1)解码xk(i-1)时，作为已知信号的xk(i-2)可以被减去，从而消除了在接下来的解码过程中xk(i-2)对xk(i-1)的解码的影响，当xk(i-1)被接收端j解码之后将作为已知信号被消除，从而消除了接下来的过程中对xk(i)协同传输的影响；在第i+1时隙，利用dj(i+1)和dj(i)解码xk(i)时，来自dj(i)的xk(i-1)作为已知信号可以被完全消除，而来自dj(i+1)的未知信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种接收端全双工协同传输策略及功率分配方法，其特征在于，包括以下步骤：在当前时隙，两个发送端均发送当前时隙的信号给两个接收端，两个接收端各自接收来自两个发送端的信号，且两个发送端和两个接收端都工作在同一频率；在当前时隙，两个接收端各自接收信号；各接收端采用前向解码的方式，联合经过自干扰消除后的在当前时隙和在上一时隙的接收信号用于解码上一时隙来自发送端的信号；当解码完成后，从接收端当前时隙的接收信号中减去上一时隙来自发送端的信号以完成干扰消除，完成干扰消除的当前时隙的接收信号作为下一时隙向另一个接收端的待转发信号；最后将在上一时隙中完成干扰消除的接收信号经放大后转发至另一个接收端，接收端的发送与接收都工作在同一频率；发送端的发送参数与接收端的发送参数的通过以下方式设置：确定两个发送端的发送参数以及两个接收端的发送参数的定义域；根据两个发送端的发送参数以及两个接收端的发送参数的定义域从而确定发送端的发送参数在指数函数上的定义域以及接收端的发送参数映射在指数函数上的定义域；在定义域内，以固定一个发送端的速率并最大化另一个发送端的速率，通过将求发送端速率最大化的非凸优化问题转化成凸优化问题求解得到发送端的发送参数在指数函数上的值以及接收端的发送参数映射在指数函数上的值的最优解所对应的发送端的发送参数与接收端的发送参数即可得到最优的功率分配。...

【技术特征摘要】
1.一种接收端全双工协同传输策略及功率分配方法，其特征在于，包括以下步骤：在当前时隙，两个发送端均发送当前时隙的信号给两个接收端，两个接收端各自接收来自两个发送端的信号，且两个发送端和两个接收端都工作在同一频率；在当前时隙，两个接收端各自接收信号；各接收端采用前向解码的方式，联合经过自干扰消除后的在当前时隙和在上一时隙的接收信号用于解码上一时隙来自发送端的信号；当解码完成后，从接收端当前时隙的接收信号中减去上一时隙来自发送端的信号以完成干扰消除，完成干扰消除的当前时隙的接收信号作为下一时隙向另一个接收端的待转发信号；最后将在上一时隙中完成干扰消除的接收信号经放大后转发至另一个接收端，接收端的发送与接收都工作在同一频率；发送端的发送参数与接收端的发送参数的通过以下方式设置：确定两个发送端的发送参数以及两个接收端的发送参数的定义域；根据两个发送端的发送参数以及两个接收端的发送参数的定义域从而确定发送端的发送参数在指数函数上的定义域以及接收端的发送参数映射在指数函数上的定义域；在定义域内，以固定一个发送端的速率并最大化另一个发送端的速率，通过将求发送端速率最大化的非凸优化问题转化成凸优化问题求解得到发送端的发送参数在指数函数上的值以及接收端的发送参数映射在指数函数上的值的最优解所对应的发送端的发送参数与接收端的发送参数即可得到最优的功率分配。2.如权利要求1所述方法，其特征在于，两个发送端的发送参数的定义域为：其中，k表示发送端序号，Pk表示第k发送端能够提供的最大发送功率，pk表示第k发送端的发送参数；对于接收端有：其中，j表示接收端序号，表示接收端j对应的另一个接收端，ωj表示接收端j的发送参数，表示接收端的发送参数，表示从接收端到接收端j的协同信道参数，表示从接收端j到接收端的协同信道参数，hkj表示发送端k到接收端j的信道参数，pk表示第k发送端的发送参数，k＝1,2；为当时当前时隙i在接收端j的累积残余干扰和噪声的功率所趋于的一个稳定值...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄川，王丹，黄坚豪，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51