一种基于全局投影距离的干扰对齐预编码方法技术

本发明专利技术涉及一种基于全局投影距离的干扰对齐预编码方法，包括如下步骤：步骤1：根据多小区干扰对齐条件初始化预编码矩阵{V1…Vk}；步骤2：计算全局子空间距离βl(Vl)；步骤3：计算全局子空间距离对预编码矩阵的梯度；步骤3：计算梯度下降方向Z；步骤4：计算下降沿步长；步骤5：若步长不在阈值范围内，则返回步骤2进行迭代；若步长在阈值范围内或达到最大迭代限制，则迭代结束，得到梯度和矩阵；步骤6：对梯度和矩阵进行正交三角分解，得到预编码矩阵。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线通信
，尤其涉及一种基于全局投影距离的干扰对齐预编 码方法。
技术介绍
随着现在蜂窝网络小区的半径越来越小与用户数量的急剧增加，在复用频率因子 为1进行组网的多小区系统中，干扰问题无疑成为了影响通信质量的重要因素之一。现有 通信系统普遍采用多输入多输出ΜΙΜΟ (Multiple-Input Multiple-Output)系统，但是多天 线系统的广泛使用产生了同频干扰，对用户的通信质量产生了重大影响。干扰对齐技术正 是为了应对多天线系统所产生的干扰被提出来的。干扰对齐技术通过在接收端将干扰重叠 消除，能显著提升多天线无线系统的容量。公开号为CN103607232A的专利《基于干扰对齐 方法的预编码优化选择方法》中，该方法从干扰重叠的角度来处理多用户干扰，其研究结果 表明系统容量可随用户数量而增加线性增加，从而显著提高了信道总容量。《Information Theory，IEEE Transactions on》期刊 57 卷 06 期，由 Gomadam，K Cadambe，V R Jafar， S A 撰写的《A Distributed Numerical Approach to Interference Alignment and Applications to Wireless Interference Networks))一文中，提出了最小干扰泄露干扰对 齐方法与最大信干噪比干扰对齐方法。这两种方法利用信道的互易性，通过收发端的迭代， 得到预编码矩阵和接收矩阵，实现分布式干扰对齐。以上方法都是对收发两端的预编码矩 阵和接收矩阵进行联合迭代优化，因此方法的计算量过大。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于提供，能够 有效实现干扰对齐，并有效减少计算量，提高网络总速率。 实现本专利技术目的的技术方案： -种基于全局投影距离的干扰对齐预编码方法，其特征在于： 步骤1 :根据多小区干扰对齐条件初始化预编码矩阵{V"Vk}; 步骤2 :计算全局子空间距离β i (V); 步骤3 :计算全局子空间距离对预编码矩阵的梯度 步骤3 :计算梯度下降方向Z ; 步骤4 :计算下降沿步长； 步骤5 :若步长不在阈值范围内，则返回步骤2进行迭代；若步长在阈值范围内或 达到最大迭代限制，则迭代结束，得到梯度和矩阵； 步骤6 :对梯度和矩阵进行正交三角分解，得到预编码矩阵。 步骤2中，全局子空间距离通过如下方法获得， 其中d为基站对用户的数据流数量，K为最大基站数，Pkl表示投影算子，tr( ·)表 示求矩阵迹运算，队表示配置的接收天线根数。 步骤3中，全局子空间距离对预编码矩阵的梯度通过如下方法获得， 其中V；是取预编码矩阵％的共辄矩阵，$为求导运算符号。 步骤5中，如果ε Z)彡ε tr(ZHZ)，则增大下降步长，ε为 调节步长的系数，ε变为两倍原值，Ζ为梯度下降方向，返回步骤2进行迭代；如果 β i Μ) - β : Μ+ ε Ζ) < 0. 5 ε tr (ΖΗΖ)，则减小下降步长，ε变为〇. 5倍原值，返回步骤2进 行迭代。 本专利技术具有的有益效果： 本专利技术提出了，重新定义全局子空 间距离，除考虑干扰子空间之间的距离之外，增加期望信号矩阵与干扰信号补空间之间的 距离，更加全面地利用了网络中已知的信道信息，降低了干扰信号的影响，提升了网络总速 率。本专利技术方法不仅降低了泄露于干扰子空间外的干扰能量，而且减小了泄露于信号子空 间外的信号能量而不受信道互易条件的限制，只需在发端对预编码矩阵进行迭代优化，降 低了传统迭代方法的收发端联合优化的复杂度，有效减少了计算量。【附图说明】 图1为本专利技术的方法流程框图； 图2为本专利技术的干扰信道模型示意图； 图3为本专利技术实施例中用户ΜΜ0干扰信道的网络总速率图。【具体实施方式】 如图1所示，本专利技术基于全局投影距离的干扰对齐预编码方法包括如下步骤： 步骤1 :基站配置仏根发射天线，配置Nj妾收根天线的Κ个用户在干扰信道模型 下yk为接收信号： 其中Ui，j，ke {1，···，Κ})为NrXMt维的矩阵，表示第j个发射机和第i个接 收机之间的信道增益矩阵，发射信号流用&表示，《,是加性高斯白噪声向量，均值为0,方差 为pj。vk是每一列都线性独立的预编码矩阵，并且发射预编码满足VfV)=Itf，其中Vf表 示\的转置，Id表示维度为d的单位矩阵，其中d为发射的数据流个数。初始化预编码矩 阵{Vi，···，％}。 步骤2 :计算全局子空间距离β i (D 其中|·|￡,表示二范数的平方，投影算子计算方法为 其中为投影算子Pkl的正交补，（·）1表示对括号里面的矩阵求逆。经过化简， 得到最终的全局子空间距离为： 其中d基站对用户的数据流数量，K为最大基站数，tr〇表示求矩阵迹运算。 步骤3 :计算全局子空间距离的对预编码矩阵的梯度： 其中#为求导运算符号，经过化简，得到 其中V；是取预编码矩阵L的共辄矩阵。 步骤4 :计算梯度下降方向Z，计算方法为__ 其中Im为单位 矩阵。 步骤5 :计算合适的下降沿步长：如果β : (VD - β : (Vi+2 ε Z)彡ε tr (ZHZ)，则 增大下降步长，ε为调节步长的系数，ε变为两倍原值，返回步骤2进行迭代；如果 β i (ν) - β : ε Ζ) < 0. 5 ε tr (ΖΗΖ)，则减小下降步长，ε变为〇. 5倍原值，返回步骤2进 行迭代。若步长在阈值范围内或迭代次数达到最大迭代限制，则迭代结束，得到梯度和矩 阵； 步骤6 :对V ε Ζ进行正交三角分解，得到V' ^V'诹分解后Q矩阵的前d列， 得到最终的预编码矩阵。 下面结合实施例进一步说明本专利技术的有益效果。 设定如图2所示的网络配置，用户数为三个，基站数同为三个，基站发端与用户终 端天线配置为凡=M t= 6,基站和用户之间通信的数据流数为d = 2。假设所有基站的发 射功率相等，采用平均功率分配方案。图3为采用本方法的仿真结果与最小干扰泄漏方法， 联合信号方法的网络总速率对比图。可以看出相比其他两种方法，本方法在网络总速率方 面表现是最优的。【主权项】1. ，其特征在于： 步骤1 :根据多小区干扰对齐条件初始化预编码矩阵IVi-ViJ; 步骤2:计算全局子空间距离0 1(Vi); 步骤3 :计算全局子空间距离对预编码矩阵的梯度步骤3 :计算梯度下降方向Z; 步骤4:计算下降沿步长； 步骤5 :若步长不在阔值范围内，则返回步骤2进行迭代；若步长在阔值范围内或达到 最大迭代限制，则迭代结束，得到梯度和矩阵； 步骤6 :对梯度和矩阵进行正交S角分解，得到预编码矩阵。2. 根据权利要求1中所述的基于全局投影距离的干扰对齐预编码方法，其特征在于： 步骤2中，全局子空间距离Pi(Vi)通过如下方法获得，其中d为基站对用户的数据流数量，K为最大基站数，Pki表示投影算子，tr(?)表示求 矩阵迹运算，Nf表示配置的接收天线根数。3. 根据权利要求2所述的基于全局投影距离的干扰对齐预编码方法，其特征在于：步 骤3中，全局子空间距离对预编码矩阵的梯度通过如下方法获得，其中V；*是取预编码矩阵Vi的共辆矩阵，为求导运算符号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于全局投影距离的干扰对齐预编码方法，其特征在于：步骤1：根据多小区干扰对齐条件初始化预编码矩阵{V1…Vk}；步骤2：计算全局子空间距离βl(Vl)；步骤3：计算全局子空间距离对预编码矩阵的梯度步骤3：计算梯度下降方向Z；步骤4：计算下降沿步长；步骤5：若步长不在阈值范围内，则返回步骤2进行迭代；若步长在阈值范围内或达到最大迭代限制，则迭代结束，得到梯度和矩阵；步骤6：对梯度和矩阵进行正交三角分解，得到预编码矩阵。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：叶方，姚俊超，李一兵，王秋滢，黄诚，刁雪莹，夏禹，王玲，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23