基于功率动态分配的干扰中和方法技术

本发明专利技术公开了一种基于功率动态分配的干扰中和方法，主要解决现有的完全干扰中和技术功率开销过大，导致期望信号传输功率减少，可达数据速率降低的问题。其技术方案是：1.受干扰的发射机根据期望信号与干扰信号的强度及其空间相关关系确定最佳的干扰中和功率系数；2.受干扰的发射机根据最佳的干扰中和功率系数构造干扰中和信号，并将干扰中和信号发射到接收机，以部分或全部消除干扰，使受干扰接收机恢复期望数据。本发明专利技术具有对受干扰发射机的发射功率合理分配，能使受干扰接收机的信干噪比达到最大化的优点，可用于数据传输。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于通信
，尤其涉及一种基于功率动态分配的干扰中和方法，可用于在数据传输中实现发射功率的合理利用，部分消除干扰的同时最大化接收机的信干噪比。
技术介绍
随着无线通信技术的快速发展，人们对于数据传输的需求不断提高，大量的用户和数据连接将存在于有限的网络空间中。人们一方面努力寻求高效的资源利用方式，另一方面也意识到干扰已成为制约网络容量的重要因素。因此，干扰管理技术的重要性日益凸显。现有的干扰管理方式有迫零波束赋形ZFBF、迫零接收ZF、干扰对齐IA、干扰中和IN，它们可使干扰信号在接收端得到抑制或消除。但是用ZFBF和IA调整发射信号波束方向会造成信号强度的减弱。用IN通过发送干扰中和信号以消除干扰时，会消耗发射功率。另外，ZFBF、IA和ZF技术比IN均需要更多的自由度来区分干扰和期望信号，IN使干扰信号在无线媒介中传播的同时相互中和，所以不需要消耗自由度。但是，现有的干扰管理方法只关注干扰的消除或抑制，却没有考虑管理的代价。J.Chen,A.Singh,P.Elia,etal.,“Interferenceneutralizationforseparatedmultiuseruplink-downlinkwithdistributedrelays,”inProc.oftheInf.TheoryandApplicationsWorkshop(ITA),pp.1-9,2011，提出了一种线性分布式IN方案，对不同用户的上下行双向通信系统进行时间和空间上的编码。T.Gou,S.A.Jafar,C.Wang,etal.,“Alignedinterferenceneutralizationandthedegreesoffreedomofthe2×2×2interferencechannel,”IEEETrans.Inf.Theory,vol.58,no.7,pp.4381-4395,2012，将干扰对齐与干扰中和相结合，应用在具有两个源节点、两个中继和两个目的节点的网络中，发送端通过预编码处理实现干扰对齐，中继将求解出的信号进行转发，在接收端通过干扰中和实现期望信号的求解，该方法只适用于有中继的模型。S.-W.Jeon,M.Gastpar,“Asurveyoninterferencenetworks:Interferencealignmentandneutralization,”Entropy,vol.14,no.10,pp.1842-1863,2012和S.-W.Jeon,C.-Y.Wang,M.Gastpar,“Approximateergodiccapacityofaclassoffading2×2×2networks,”inProc.oftheInf.TheoryandApplicationsWorkshop(ITA),pp.5-10,2012中对多源多跳网络中的IN和各态历经IN分别进行研究，分析了系统的可达自由度和近似容量。上述三种方法，都是通过中继转发达到消除干扰的目的，并且干扰是被完全中和的，并未考虑到干扰中和的功率开销，故在发射机发射功率受限的条件下，这部分开销功率会在中和干扰的同时，影响用于期望信号传输的功率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于功率动态分配的干扰中和方法，旨在解决目前的完全干扰中和方法的功率开销过大，导致用于期望信号传输的功率减少，进而降低可达数据速率的问题。本专利技术的设计思路是对干扰管理的收益与代价进行折衷，使得发射机的总功率在消除干扰所需的功率与期望信号的功率之间得到有效分配。通过干扰中和功率系数的选择与发射预编码设计，实现动态的干扰中和，从而合理利用发射功率，最大化接收机的信干噪比。根据上述思路，本专利技术实现步骤如下：(1)发射机之间实现信道状态信息和数据信息的共享：(1a)目标通信接收机与干扰通信接收机分别估计相应的信道状态信息并反馈给对应的发射机：定义一组发射机与接收机之间的通信为目标通信对，其余发射机与接收机之间的通信对目标通信接收机产生干扰，称为干扰通信对；并假设网络中存在一对干扰通信对；干扰通信接收机估计干扰通信对之间的信道状态信息，即得到干扰通信矩阵h1，受干扰的目标通信接收机估计目标通信对之间的信道状态信息，即得到目标通信矩阵h0，受干扰的目标通信接收机估计干扰通信发射机与目标通信接收机之间的信道状态信息，即得到干扰目标矩阵h10，并将这些信息反馈给对应的发射机；(1b)目标通信发射机向其对应的目标通信接收机发送目标数据x0，干扰通信发射机向对应的干扰通信接收机发送干扰数据x1；(2)分别根据通信矩阵设计通信预编码向量与滤波矩阵：干扰通信发射机根据干扰通信矩阵h1设计干扰通信预编码向量s1；目标通信发射机根据目标通信矩阵h0设计目标通信预编码向量s0；干扰通信接收机根据干扰通信矩阵h1设计干扰通信滤波向量w1；目标通信接收机根据目标通信矩阵h0设计目标通信滤波向量w0；(3)目标通信发射机计算干扰中和信号预编码向量的方向信息使该干扰中和信号与干扰信号对齐到同一子空间的相反方向；(4)目标通信发射机计算干扰中和功率系数μ，实现中和干扰所需的功率开销与消除干扰的折衷：(4a)目标通信发射机计算目标通信滤波向量与干扰信号的空间相关度χ＝[w0]Hh10s1；(4b)目标通信发射机计算最佳的干扰中和功率系数μ*=((BD+AE)-ΔBD)2,]]>其中A=P0[λ0(1)]2,B=P1||g||2[λ0(1)]2,C=σn2+P1|χ|2,]]>D＝2P1|χ|2、E＝P1|χ|2，Δ＝(BC+AE)2-ABD2；P0、P1分别表示目标通信发射机和干扰通信发射机的发射功率,为目标通信矩阵h0的最大奇异值，g为等效向量，g＝sDIN；(4c)目标通信发射机计算干扰中和功率系数的最大值并将该最大值与最佳的干扰中和功率系数进行比较：若μ*＞μmax，则令干扰中和功率系数μ＝0，表示干扰强度过大，不能进行干扰中和，否则令μ＝μ*，实现中和干扰所需的功率开销与消除干扰的折衷；(5)目标通信接收机确定干扰中和信号的发射功率并根据干扰中和信号预编码向量方向信息sDIN和干扰数据信息x1构造干扰中和信号Q=PDINh0sDINx1;]]>(6)目标通信发射机发送干扰中和信号Q，用以部分或全部消除通信发射机的干扰，使目标通信接收机的信干噪比最大，再通过目标通信滤波向量w0对目本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于功率动态分配的干扰中和方法，其特征在于，实现步骤如下：(1)发射机之间实现信道状态信息和数据信息的共享：(1a)目标通信接收机与干扰通信接收机分别估计相应的信道状态信息并反馈给对应的发射机：定义一组发射机与接收机之间的通信为目标通信对，其余发射机与接收机之间的通信对目标通信接收机产生干扰，称为干扰通信对；并假设网络中存在一对干扰通信对；干扰通信接收机估计干扰通信对之间的信道状态信息，即得到干扰通信矩阵h1，受干扰的目标通信接收机估计目标通信对之间的信道状态信息，即得到目标通信矩阵h0，受干扰的目标通信接收机估计干扰通信发射机与目标通信接收机之间的信道状态信息，即得到干扰目标矩阵h10，并将这些信息反馈给对应的发射机；(1b)目标通信发射机向其对应的目标通信接收机发送目标数据x0，干扰通信发射机向对应的干扰通信接收机发送干扰数据x1；(2)分别根据通信矩阵设计通信预编码向量与滤波向量：干扰通信发射机根据干扰通信矩阵h1设计干扰通信预编码向量s1；目标通信发射机根据目标通信矩阵h0设计目标通信预编码向量s0；干扰通信接收机根据干扰通信矩阵h1设计干扰通信滤波向量w1；目标通信接收机根据目标通信矩阵h0设计目标通信滤波向量w0；(3)目标通信发射机计算干扰中和信号预编码向量的方向信息使该干扰中和信号与干扰信号对齐到同一子空间的相反方向；(4)目标通信发射机计算干扰中和功率系数μ，实现中和干扰所需的功率开销与消除干扰的折衷：(4a)目标通信发射机计算目标通信滤波向量与干扰信号的空间相关度χ＝[w0]Hh10s1；(4b)目标通信发射机计算最佳的干扰中和功率系数其中A=P0[λ0(1)]2,]]>B=P1||g||2[λ0(1)]2,]]>C=σn2+P1|χ|2,]]>D＝2P1|χ|2、E＝P1|χ|2，Δ＝(BC+AE)2‑ABD2；P0、P1分别表示目标通信发射机和干扰通信发射机的发射功率,为目标通信矩阵h0的最大奇异值，g为等效向量，g＝sDIN；(4c)目标通信发射机计算干扰中和功率系数的最大值并将该最大值与最佳的干扰中和功率系数进行比较：若μ*＞μmax，则令干扰中和功率系数μ＝0，表示干扰强度过大，不能进行干扰中和，否则令μ＝μ*，实现中和干扰所需的功率开销与消除干扰的折衷；(5)目标通信接收机确定干扰中和信号的发射功率并根据干扰中和信号预编码向量方向信息sDIN和干扰数据信息x1构造干扰中和信号Q=PDINh0sDINx1;]]>(6)目标通信发射机发送干扰中和信号Q，用以部分或全部消除通信发射机的干扰，使目标通信接收机的信干噪比最大，再通过目标通信滤波向量w0对目标数据x0进行恢复。...

【技术特征摘要】
1.一种基于功率动态分配的干扰中和方法，其特征在于，实现步骤如下：
(1)发射机之间实现信道状态信息和数据信息的共享：
(1a)目标通信接收机与干扰通信接收机分别估计相应的信道状态信息并反馈给对应
的发射机：
定义一组发射机与接收机之间的通信为目标通信对，其余发射机与接收机之间的通信
对目标通信接收机产生干扰，称为干扰通信对；并假设网络中存在一对干扰通信对；
干扰通信接收机估计干扰通信对之间的信道状态信息，即得到干扰通信矩阵h1，受干扰
的目标通信接收机估计目标通信对之间的信道状态信息，即得到目标通信矩阵h0，受干扰
的目标通信接收机估计干扰通信发射机与目标通信接收机之间的信道状态信息，即得到干
扰目标矩阵h10，并将这些信息反馈给对应的发射机；
(1b)目标通信发射机向其对应的目标通信接收机发送目标数据x0，干扰通信发射机向
对应的干扰通信接收机发送干扰数据x1；
(2)分别根据通信矩阵设计通信预编码向量与滤波向量：
干扰通信发射机根据干扰通信矩阵h1设计干扰通信预编码向量s1；
目标通信发射机根据目标通信矩阵h0设计目标通信预编码向量s0；
干扰通信接收机根据干扰通信矩阵h1设计干扰通信滤波向量w1；
目标通信接收机根据目标通信矩阵h0设计目标通信滤波向量w0；
(3)目标通信发射机计算干扰中和信号预编码向量的方向信息使该干扰中和信号与干扰信号对齐到同一子空间的相反方向；
(4)目标通信发射机计算干扰中和功率系数μ，实现中和干扰所需的功率开销与消除干
扰的折衷：
(4a)目标通信发射机计算目标通信滤波向量与干扰信号的空间相关度χ＝[w0]Hh10s1；
(4b)目标通信发射机计算最佳的干扰中和功率系数其中
A=P0[λ0(1)]2,]]>B=P1||g||2[λ0(1)]2,]]>C=σn2+P1|χ|2,]]>D＝2P1|χ|2、E＝P1|χ|2，Δ＝(BC+AE)2-
ABD2；P0、P1分别表示目标通信发射机和干扰通信发射机的发射功率,为目标通信矩阵h0的最大奇异值，g为等效向量，g＝sDIN；
(4c)目标通信发射机计算干扰中和功率系数的最大值并将该最
大值与最佳的干扰中和功率系数进行比较：若μ*＞μmax，则令干扰中和功率系数μ＝0，表示
干扰强度过大，不能进行干扰中和，否则令μ＝μ*，实现中和干扰所需的功率开销与消除干
扰的折衷；
(5)目标通信接收机确定干扰中和信号的发射功率并根据干扰中
和信号预编码向量方向信息sDIN和干扰数据信息x1构造干扰中和信号Q=PDINh0sDINx1;]]>(6)目标通信发射机发送干扰中和信号Q，用以部分或全部消除通信发射机的干扰，使
目标通信接收机的信干噪比最大，再通过目标通信滤波向量w0对目标数据x0进行恢复。
2.如权利要求1所述的基于功率动态分配的干扰中和方法，其中，步骤(1a)中干扰通信
接收机根据接收的信号估计其干扰通信矩阵h1，是先由干扰通信发射机在向干扰通信接收
机发送的信号前端添加干扰通信接收机已知的训练序列；再由...

【专利技术属性】
技术研发人员：李钊，甄露，肖丽媛，丁汉清，赵林靖，
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