基于信号子空间对齐的多源异质信号干扰抑制方法技术

本发明专利技术涉及基于信号子空间对齐的多源异质信号干扰抑制方法，包括以下步骤：分别确定各个通信节点发送的异质信号中私有信号和公共信号的预编码矢量；各通信节点在多址接入阶段利用确定的预编码矢量发送三路私有信号和公共信号；中继节点接收、译码各通信节点发送来的混合异质信号，获得子空间对齐后的译码估计值；中继节点对译码估计值做物理层网络编码和预编码发射矢量加权后发送广播信号；通信节点利用接收预编码矢量对接收的广播信号进行干扰抑制，并对已经消除了干扰信号的通信节点的等效接收信号进行网络编码的译码，获取期望接收信号的估计值。本方法既能消除多个通信用户的私有信号和公共信号间的干扰，又能降低干扰抑制复杂度。

【技术实现步骤摘要】
基于信号子空间对齐的多源异质信号干扰抑制方法
本专利技术涉及多用户中继协作传输领域，尤其涉及一种基于信号子空间对齐的多源异质信号干扰抑制方法。
技术介绍
以物理层网络编码(Physical-layerNetworkCoding，以下简称PNC)为代表的双向中继(Two-wayRelayNetwork，以下简称TWR)技术是当前提高中继网络频谱效率的极具潜力的技术之一。目前结合PNC和多输入多输出(Multiple-InputMultiple-Output，以下简称MIMO)技术的研究方案正在不断涌现，这些方案中一个重要的研究方向是在源节点利用预编码技术“改造”基于MIMO的无线双向中继信道(以下简称TWRC)，以便双向信号可以在中继具有相同的信道增益和相位。在“信号对齐”之后，中继仅需要对双向信号的“叠加信号”进行检测，而不需要分别检测出两个叠加成分的个体信息，降低了中继接收的独立流数目，从而简化了中继端信号处理的复杂度，使得基于PNC的MIMO多向中继信道研究方兴未艾。近年来，干扰对齐思想(InterferenceAlignment，以下简称IA)被引入到了基于PNC的MIMO多向中继信道研究中，经演绎得到了针对网络编码的“信号空间对齐”(SignalSpaceAlignment，以下简称SSA)理论。该SSA理论不是“盲目”的直接对干扰进行抑制，而是更“智能”的利用干扰，形成有意义的信息流，经过源节点和中继节点(或称中继站)的联合信号处理算法达到干扰抑制的效果。西安电子科技大学申请的中国专利技术专利“基于信号空间对齐的共信道多用户干扰抑制方法”(专利号CN201110066539.3，授权公告日：2013年06月26日)主要提出了一种基于MIMOY信道的多向中继信息传输方法，其步骤是：每一个通信节点(或称通信用户或用户节点)通过中继站都会向其他通信节点发送经过矢量加权的独立信息；中继站会收到经过信号空间对齐后的叠加信号；中继站将通信用户对齐后的信息进行网络编码并向用户节点广播发送；各用户节点利用零空间原理来抑制接收的干扰信号并获取期望信号。中国专利技术专利CN201110066539.3公开的共信道多用户干扰抑制方法在通信用户数目较少的条件下能够很好地执行，但该方法仍然存在一些不足：当通信用户数目增加后，为了既减少通信用户和中继站天线数目的约束，又消除多用户间信号的干扰，以确保在干扰抑制时使得零空间抑制方法能顺利实现，必须使用天线选择算法，这无疑增加了计算复杂度和干扰抑制复杂度。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种既能消除多个通信用户的私有信号和公共信号间的干扰，又能降低干扰抑制复杂度的基于信号子空间对齐的多源异质信号干扰抑制方法。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于信号子空间对齐的多源异质信号干扰抑制方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)、分别确定各个通信节点发送的异质信号中私有信号的预编码矢量和公共信号的预编码矢量：(1-1)、设有四个通信节点和一个中继节点，每个通信节点向其他通信节点发送三路独立私有信号，第一个通信节点和第四个通信节点发送一路公共信号，第二个通信节点和第三个通信节点发送两路相同的公共信号，某一通信节点发送的异质信号由该通信节点发送的私有信号和公共信号混合组成；根据这些异质信号是否需要在中继节点进行网络编码，分别确定私有信号需要空间对齐的私有信号组合和公共信号需要空间对齐的公共信号组合；(1-2)、利用相交子空间原理，根据公式(1)确定出能使上述私有信号中一对期望组合的私有信号对齐到相同信号子空间的预编码矢量，根据公式(2)确定出能使上述公共信号中一对期望组合的公共信号对齐到相同信号子空间的预编码矢量：其中，第i个通信节点发往第j个通信节点的私有信号和第j个通信节点发往第i个通信节点的私有信号称为一对期望组合的私有信号，一对期望组合的私有信号称为私有信号组合，第i个通信节点发送的第二路公共信号和第i+1个通信节点发送的第一路公共信号称为一对期望组合的公共信号，一对期望组合的公共信号称为公共信号组合，H[R,i]表示第i个通信节点到中继节点R的信道传输矩阵，H[R,j]表示第j个通信节点到中继节点R的信道传输矩阵，表示第i个通信节点发往第j个通信节点的私有信号需要的预编码矢量，表示第j个通信节点发往第i个通信节点的私有信号需要的预编码矢量，表示第i个通信节点发送的第二路公共信号需要的预编码矢量，表示第i+1个通信节点发送的第一路公共信号需要的预编码矢量，span(X)表示任意矩阵X的列矢量张成的空间；(2)、各通信节点在第一时隙——多址接入阶段，利用步骤(1-2)中确定的私有信号的预编码矢量和公共信号的预编码矢量，同时发送三路私有信号和公共信号，中继节点接收各通信节点发往中继节点的混合异质信号，该混合异质信号为各通信节点的异质信号经预编码处理后进行混合和加噪的信号，中继节点接收各通信节点发往中继节点的混合异质信号y[R]为：其中，H[R,i]表示第i个通信节点到中继节点R的信道传输矩阵，表示第i个通信节点发往第j个通信节点的私有信号需要的预编码矢量，表示第i个通信节点发往第j个通信节点的私有信号，表示第i个通信节点发送的公共信号，表示第i个通信节点发送的第一路公共信号需要的预编码矢量，表示第i个通信节点发送的第二路公共信号需要的预编码矢量，且M表示通信节点天线数目，n[R]表示中继节点R的噪声矢量；(3)、中继节点的接收传输信道转化为等效独立信道，对步骤(2)中接收到的混合异质信号进行译码，获得混合异质信号子空间对齐后的译码估计值：(3-1)、根据网络编码信号子空间对齐条件，分别得到私有信号的子空间对齐等式和公共信号的子空间对齐等式：私有信号的子空间对齐等式为：公共信号的子空间对齐等式为：其中，H[R,i]表示第i个通信节点到中继节点R的信道传输矩阵，表示第i个通信节点发往第j个通信节点的私有信号需要的预编码矢量，H[R,j]表示第j个通信节点到中继节点R的信道传输矩阵，表示第j个通信节点发往第i个通信节点的私有信号需要的预编码矢量，表示第i个通信节点和第j个通信节点间私有信息的等效传输信道，π(i,j)表示顺序递增的编号，表示第i个通信节点发送的第二路公共信号需要的预编码矢量，H[R,i+1]表示第i+1个通信节点到中继节点R的信道传输矩阵，表示第i+1个通信节点发送的第一路公共信号需要的预编码矢量，表示第i个通信节点和第i+1个通信节点间公共信息的等效传输信道；(3-2)、中继节点对步骤(2)中接收到的混合异质信号进行信号变换，并根据私有信号的子空间对齐等式和公共信号的子空间对齐等式得到混合异质信号子空间对齐后的译码估计值：其中，Up表示所有通信节点发送的私有信号等效信道传输矩阵，Uc表示所有通信节点发送的公共信号等效信道传输矩阵，Up和Uc均是非奇异阵；和分别由步骤(3-1)中的私有信号的子空间对齐等式和公共信号的子空间对齐等式得到，表示第i个通信节点发往第j个通信节点的私有信号，表示第i个通信节点发送的公共信号，n[R]表示中继节点R的噪声矢量；其中表示4个通信节点发出的12个私有信号进行信号子空间对齐后的等效私有信号，m取1至6本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于信号子空间对齐的多源异质信号干扰抑制方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)、分别确定各个通信节点发送的异质信号中私有信号的预编码矢量和公共信号的预编码矢量：(1‑1)、设有四个通信节点和一个中继节点，每个通信节点向其他通信节点发送三路独立私有信号，第一个通信节点和第四个通信节点发送一路公共信号，第二个通信节点和第三个通信节点发送两路相同的公共信号，某一通信节点发送的异质信号由该通信节点发送的私有信号和公共信号混合组成；根据这些异质信号是否需要在中继节点进行网络编码，分别确定私有信号需要空间对齐的私有信号组合和公共信号需要空间对齐的公共信号组合；(1‑2)利用相交子空间原理，根据公式(1)确定出能使上述私有信号中一对期望组合的私有信号对齐到相同信号子空间的预编码矢量，根据公式(2)确定出能使上述公共信号中一对期望组合的公共信号对齐到相同信号子空间的预编码矢量：span(H[R,i]vp[j,i])=span(H[R,j]vp[i,j])i,j∈{1,2,3,4},]]>且i≠j；公式(1)span(H[R,i]vc,2[i])=span(H[R,i+1]vc,1[i+1])i∈{1,2,3};]]>公式(2)其中，第i个通信节点发往第j个通信节点的私有信号和第j个通信节点发往第i个通信节点的私有信号称为一对期望组合的私有信号，一对期望组合的私有信号称为私有信号组合，第i个通信节点发送的第二路公共信号和第i+1个通信节点发送的第一路公共信号称为一对期望组合的公共信号，一对期望组合的私有信号称为私有信号组合，H[R,i]表示第i个通信节点到中继节点R的信道传输矩阵，H[R,j]表示第j个通信节点到中继节点R的信道传输矩阵，表示第i个通信节点发往第j个通信节点的私有信号需要的预编码矢量，表示第j个通信节点发往第i个通信节点的私有信号需要的预编码矢量，表示第i个通信节点发送的第二路公共信号需要的预编码矢量，表示第i+1个通信节点发送的第一路公共信号需要的预编码矢量，span(X)表示任意矩阵X的列矢量张成的空间；(2)、各通信节点在第一时隙——多址接入阶段，利用步骤(1‑2)中确定的私有信号的预编码矢量和公共信号的预编码矢量，同时发送三路私有信号和公共信号，中继节点接收各通信节点发往中继节点的混合异质信号，该混合异质信号为各通信节点的异质信号经预编码处理后进行混合和加噪的信号，中继节点接收各通信节点发往中继节点的混合异质信号y[R]为：y[R]=Σi=14H[R,i](Σj≠ivp[j,i]sp[j,i]+Σt=12vc,t[i]sc[i])+n[R]]]>其中，H[R,i]表示第i个通信节点到中继节点R的信道传输矩阵，表示第i个通信节点发往第j个通信节点的私有信号需要的预编码矢量，表示第i个通信节点发往第j个通信节点的私有信号，表示第i个通信节点发送的公共信号，表示第i个通信节点发送的第一路公共信号需要的预编码矢量，表示第i个通信节点发送的第二路公共信号需要的预编码矢量，且n[R]表示中继节点R的噪声矢量；(3)、中继节点的接收传输信道转化为等效独立信道，对步骤(2)中接收到的混合异质信号进行译码，获得混合异质信号子空间对齐后的译码估计值：(3‑1)、根据网络编码信号子空间对齐条件，分别得到私有信号的子空间对齐等式和公共信号的子空间对齐等式：私有信号的子空间对齐等式为：H[R,i]vp[j.i]=H[R,j]vp[i,j]=upπ(i,j),]]>i,j∈{1,2,3,4}且i≠j；公共信号的子空间对齐等式为：H[R,i]vc,2[i]=H[R,i+1]vc,1[i+1]=uci,i∈{1,2,3};]]>其中，H[R,i]表示第i个通信节点到中继节点R的信道传输矩阵，表示第i个通信节点发往第j个通信节点的私有信号需要的预编码矢量，H[R,j]表示第j个通信节点到中继节点R的信道传输矩阵，表示第j个通信节点发往第i个通信节点的私有信号需要的预编码矢量，表示第i个通信节点和第j个通信节点间私有信息的等效传输信道，π(i,j)表示顺序递增的编号，表示第i个通信节点发送的第二路公共信号需要的预编码矢量，H[R,i+1]表示第i+1个通信节点到中继节点R的信道传输矩阵，表示第i+1个通信节点发送的第一路公共信号需要的预编码矢量，表示第i个通信节点和第i+1个通信节点间公共信息的等效传输信道；(3‑2)、中继节点对步骤(2)中接收到的混合异质信号进行信号变换，并根据私有信号的子空间对齐等式和公共信号的子空间对齐等式得到混合异质信号子空间对齐后的译码估计值：y[R]=Σi=14H[R,i](Σj&NotEqu...

【技术特征摘要】
1.一种基于信号子空间对齐的多源异质信号干扰抑制方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)、分别确定各个通信节点发送的异质信号中私有信号的预编码矢量和公共信号的预编码矢量：(1-1)、设有四个通信节点和一个中继节点，每个通信节点向其他通信节点发送三路独立私有信号，第一个通信节点和第四个通信节点发送一路公共信号，第二个通信节点和第三个通信节点发送两路相同的公共信号，某一通信节点发送的异质信号由该通信节点发送的私有信号和公共信号混合组成；根据这些异质信号是否需要在中继节点进行网络编码，分别确定私有信号需要空间对齐的私有信号组合和公共信号需要空间对齐的公共信号组合；(1-2)、利用相交子空间原理，根据公式(1)确定出能使上述私有信号中一对期望组合的私有信号对齐到相同信号子空间的预编码矢量，根据公式(2)确定出能使上述公共信号中一对期望组合的公共信号对齐到相同信号子空间的预编码矢量：其中，第i个通信节点发往第j个通信节点的私有信号和第j个通信节点发往第i个通信节点的私有信号称为一对期望组合的私有信号，一对期望组合的私有信号称为私有信号组合，第i个通信节点发送的第二路公共信号和第i+1个通信节点发送的第一路公共信号称为一对期望组合的公共信号，一对期望组合的公共信号称为公共信号组合，H[R,i]表示第i个通信节点到中继节点R的信道传输矩阵，H[R,j]表示第j个通信节点到中继节点R的信道传输矩阵，表示第i个通信节点发往第j个通信节点的私有信号需要的预编码矢量，表示第j个通信节点发往第i个通信节点的私有信号需要的预编码矢量，表示第i个通信节点发送的第二路公共信号需要的预编码矢量，表示第i+1个通信节点发送的第一路公共信号需要的预编码矢量，span(X)表示任意矩阵X的列矢量张成的空间；(2)、各通信节点在第一时隙——多址接入阶段，利用步骤(1-2)中确定的私有信号的预编码矢量和公共信号的预编码矢量，同时发送三路私有信号和公共信号，中继节点接收各通信节点发往中继节点的混合异质信号，该混合异质信号为各通信节点的异质信号经预编码处理后进行混合和加噪的信号，中继节点接收各通信节点发往中继节点的混合异质信号y[R]为：其中，H[R,i]表示第i个通信节点到中继节点R的信道传输矩阵，表示第i个通信节点发往第j个通信节点的私有信号需要的预编码矢量，表示第i个通信节点发往第j个通信节点的私有信号，表示第i个通信节点发送的公共信号，表示第i个通信节点发送的第一路公共信号需要的预编码矢量，表示第i个通信节点发送的第二路公共信号需要的预编码矢量，且M表示通信节点天线数目，n[R]表示中继节点R的噪声矢量；(3)、中继节点的接收传输信道转化为等效独立信道，对步骤(2)中接收到的混合异质信号进行译码，获得混合异质信号子空间对齐后的译码估计值：(3-1)、根据网络编码信号子空间对齐条件，分别得到私有信号的子空间对齐等式和公共信号的子空间对齐等式：私有信号的子空间对齐等式为：公共信号的子空间对齐等式为：其中，H[R,i]表示第i个通信节点到中继节点R的信道传输矩阵，表示第i个通信节点发往第j个通信节点的私有信号需要的预编码矢量，H[R,j]表示第j个通信节点到中继节点R的信道传输矩阵，表示第j个通信节点发往第i个通信节点的私有信号需要的预编码矢量，表示第i个通信节点和第j个通信节点间私有信息的等效传输信道，π(i,j)表示顺序递增的编号，表示第i个通信节点发送的第二路公共信号需要的预编码矢量，H[R,i+1]表示第i+1个通信节点到中继节点R的信道传输矩阵，表示第i+1个通信节点发送的第一路公共信号需要的预编码矢量，表示第i个通信节点和第i+1个通信节点间公共信息的等效传输信道；(3-2)、中继节点对步骤(2)中接收到的混合异质信号进行信号变换，并根据私有信号的子空间对齐等式和公共信号的子空间对齐等式得到混合异质信号子空间对齐后的译码估计值：其中，Up表示所有通信节点发送的私有信号等效信道传输矩阵，Uc表示所有通信节点发送的公共信号等效信道传输矩阵，Up和Uc均是非奇异阵；和分别由步骤(3-1)中的私有信号的子空间对齐等式和公共信号的子空间对齐等式得到，表示第i个通信节点发往第j个通信节点的私有信号，表示第i个通信节点发送的公共信号，n[R]表示中继节点R的噪声矢量；其中表示4个通信节点发出的12个私有信号进行信号子空间对齐后的等效私有信号，m取1至6中的任一自然数；表示4个通信节点发出的6个公共信号进行信号子空间对齐后的等效公共信号，中继节点R利用迫零译码算法，分别获得译码估计值：(4)、中继节点对步骤(3-2)中得到的译码估计值进行物理层网络编码，获得网络编码信号，并在第二时隙——广播发送阶段，通过对网络编码信号进行预编码发射矢量加权后进行广播发送：(4-1)、中继节点将步骤(3-2)中得到的译码估计值进行物理层网络编码调制，得到网络编码信号：其中表示网络编码信号中的私有信号，表示网络编码信号中的公共信号，表示异或操作；(4-2)、中继节点利用相交子空间原理，使接收相同网络编码信号的用户信号方向对齐到相同信号子空间，并根据公式(3)确定出能使网络编码信号中私有信号方向对齐到相同信号子空间的预编码矢量，根据公式(4)确定出能使网络编码信号中公共信号方向对齐到相同信号子空间的预编码矢量：其中，H[i,R]表示中继节点R到第i个通信节点的信道传输矩阵，H[j,R]表示中继节点R到第j个通信节点的信道传输矩阵，表示第i个通信节点接收通信节点i和通信节点j的网络编码信号中私有信号需要的预编码矢量，表示第j个通信节点接收通信节点i和通信节点j的网络编码信号中私有信号需要的预编码矢量，表示第i个通信节点接收通信节点i和通信节点j的网络编码信号中公共信号需要的预编码矢量，表示第j个通信节点接收通信节点i和通信节点j的网络编码信号中公共信号需要的预编码矢量，span(X)表示任意矩阵X的列矢量张成的空间；(4-3)、根据网络编码信号子空间对齐条件，分别得到网络编码信号中私有信号的子空间对齐等式和网络编码信号中公共信号的子空间对齐等式：网络编码信号中私有信号的子空间对齐等式为：网络编码信号中公共信号的子空间对齐等式为：其中，表示第i个通信节点和第j个通信节点间私有信号的等效传输信道，表示第i个通信节点和第j个通信节点间公共信号的等效传输信道，πp(i,j)和πc(i,j)分别表示顺序递增的编号，根据和构造第i个通信节点的接收预编码矩阵即所有通信节点的情况如下：

【专利技术属性】
技术研发人员：王勇，朱辉，李小青，王涛，李晖，
申请(专利权)人：西安电子科技大学宁波信息技术研究院，
类型：发明
国别省市：浙江;33