專(zhuān)利名稱(chēng)：基于信號(hào)空間對(duì)齊的共信道多用戶(hù)干擾抑制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，涉及信號(hào)空間對(duì)齊和網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)，特別涉及多用戶(hù)多天線(xiàn)系統(tǒng)中基于多用戶(hù)干擾抑制的信號(hào)空間對(duì)齊優(yōu)化方法，可用于無(wú)線(xiàn)通信。
背景技術(shù)：
無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)具有移動(dòng)性和可攜帶性，使得無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的組建方便、靈活，并得到了普遍的應(yīng)用。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的鏈路具有廣播特性，即無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)可以向其它多個(gè)節(jié)點(diǎn)廣播信息，同樣的，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)也可以接收來(lái)自其它多個(gè)節(jié)點(diǎn)的信息。由于節(jié)點(diǎn)的廣播特性，如果網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)節(jié)點(diǎn)在同一時(shí)間內(nèi)廣播，則多個(gè)節(jié)點(diǎn)廣播出去的多個(gè)信號(hào)之間會(huì)在傳播的自由空間內(nèi)相互混合，信號(hào)的混合會(huì)造成信號(hào)之間產(chǎn)生干擾，造成接收節(jié)點(diǎn)接收到的信息不準(zhǔn)確或無(wú)法接收到所需的信息。無(wú)線(xiàn)傳播介質(zhì)的廣播特性，導(dǎo)致相同頻段同時(shí)發(fā)射的信號(hào)必然會(huì)產(chǎn)生共信道干擾 CCI。多天線(xiàn)技術(shù)的引入，使得多發(fā)多收MIMO環(huán)境下CCI的特性有別于傳統(tǒng)的單發(fā)單收SISO 的情況，MIMO在提供空間自由度的同時(shí)，也大大增加了抗干擾算法的難度和復(fù)雜度。傳統(tǒng)消除信道干擾的方法大致有兩類(lèi)一類(lèi)是引入正交化信道，例如TDMA或FDMA ；第二類(lèi)是引入編/解碼技術(shù)或多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)。多用戶(hù)共信道干擾的最新研究成果是干擾空間對(duì)齊算法，其核心思想是設(shè)計(jì)波束形成權(quán)矢量，將接收節(jié)點(diǎn)不期望的干擾信號(hào)對(duì)齊到同一個(gè)信號(hào)子空間，而通過(guò)干擾消除矩陣把期望信號(hào)構(gòu)造到對(duì)應(yīng)的正交子空間，實(shí)現(xiàn)干擾抑制。該算法解決了共信道條件下多用戶(hù)干擾抑制問(wèn)題，但由于干擾信號(hào)占用了部分信號(hào)空間，使得系統(tǒng)可用自由度受限；在協(xié)同無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中，信號(hào)干擾大大制約了網(wǎng)絡(luò)編碼優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮，導(dǎo)致無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的容量和效率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述已有技術(shù)的不足，提供一種聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)編碼的多源信號(hào)空間對(duì)齊設(shè)計(jì)方法，利用多源信號(hào)空間對(duì)齊技術(shù)基礎(chǔ)上的網(wǎng)絡(luò)編碼，消除多用戶(hù)干擾，提高帶寬利用率，提升網(wǎng)絡(luò)容量。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)思路是利用干擾對(duì)齊原理，在第一個(gè)傳輸周期內(nèi)將多通信節(jié)點(diǎn)期望信號(hào)中進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼的信號(hào)對(duì)齊到相同的信號(hào)子空間，減少中繼節(jié)點(diǎn)接收到的獨(dú)立信息流的數(shù)目；利用協(xié)同中繼將譯碼后的信息進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼調(diào)制，并在第二個(gè)傳輸周期廣播發(fā)送；各通信節(jié)點(diǎn)接收機(jī)根據(jù)零空間原理，構(gòu)造波束形成權(quán)將廣播信號(hào)中的干擾信號(hào)變換到廣播信號(hào)中的期望信號(hào)空間零空間內(nèi)，以消除通信節(jié)點(diǎn)接收信號(hào)中的干擾信號(hào)并利用在第一個(gè)傳輸周期發(fā)送的數(shù)據(jù)譯碼接收到的信號(hào)，獲得期望信號(hào)的估計(jì)值，其具體步驟包括如下(1)各個(gè)通信節(jié)點(diǎn)根據(jù)信號(hào)空間對(duì)齊準(zhǔn)則，確定各自的發(fā)送波束形成權(quán)矢量la)每個(gè)通信節(jié)點(diǎn)同時(shí)向其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送多路獨(dú)立信息，并根據(jù)是否需要在中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼，確定需要空間對(duì)齊的信號(hào)組合；
lb)利用相交子空間原理，確定出能使上述信號(hào)組合對(duì)齊到相同信號(hào)空間的波束形成權(quán)矢量；(2)各通信節(jié)點(diǎn)用上述確定的波束形成權(quán)矢量同時(shí)發(fā)送多路信號(hào)，中繼節(jié)點(diǎn)接收各節(jié)點(diǎn)發(fā)往中繼的混合信號(hào)，該中繼混合信號(hào)為各通信節(jié)點(diǎn)信息經(jīng)波束形成處理后進(jìn)行混合和加噪信號(hào)；(3)中繼節(jié)點(diǎn)的接收傳輸信道轉(zhuǎn)化為等效獨(dú)立信道，對(duì)接收混合信號(hào)進(jìn)行譯碼，獲得空間對(duì)齊信號(hào)的估計(jì)值；(4)中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)上述空間對(duì)齊信號(hào)的估計(jì)值進(jìn)行物理層網(wǎng)絡(luò)編碼，并廣播發(fā)送網(wǎng)絡(luò)編碼信號(hào)；(5)通信節(jié)點(diǎn)接收上述廣播信號(hào)，進(jìn)行干擾抑制波束形成和對(duì)網(wǎng)絡(luò)編碼的譯碼，獲得期望接收信號(hào)的估計(jì)值。5a)根據(jù)零空間原理，將廣播信號(hào)中的干擾信號(hào)變換到廣播信號(hào)中的期望信號(hào)空間零空間內(nèi)，使變換后的干擾信號(hào)位于期望信號(hào)的正交子空間內(nèi)，以消除通信節(jié)點(diǎn)接收信號(hào)中的干擾信號(hào)，得到通信節(jié)點(diǎn)的接收信號(hào)yS i e {1,2,3}表示接收節(jié)點(diǎn)的編號(hào)
權(quán)利要求
1. 一種基于信號(hào)空間對(duì)齊的共信道多用戶(hù)干擾抑制方法，包括如下步驟(1)各個(gè)通信節(jié)點(diǎn)根據(jù)信號(hào)空間對(duì)齊準(zhǔn)則，確定各自的發(fā)送波束形成權(quán)矢量la)每個(gè)通信節(jié)點(diǎn)同時(shí)向其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送多路獨(dú)立信息，并根據(jù)是否需要在中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼，確定需要空間對(duì)齊的信號(hào)組合；lb)利用相交子空間原理，確定出能使上述信號(hào)組合對(duì)齊到相同信號(hào)空間的波束形成權(quán)矢量；(2)各通信節(jié)點(diǎn)用上述確定的波束形成權(quán)矢量同時(shí)發(fā)送多路信號(hào)，中繼節(jié)點(diǎn)接收各節(jié)點(diǎn)發(fā)往中繼的混合信號(hào)，該中繼混合信號(hào)為各通信節(jié)點(diǎn)信息經(jīng)波束形成處理后進(jìn)行混合和加噪信號(hào)；(3)中繼節(jié)點(diǎn)的接收傳輸信道轉(zhuǎn)化為等效獨(dú)立信道，對(duì)接收混合信號(hào)進(jìn)行譯碼，獲得空間對(duì)齊信號(hào)的估計(jì)值；(4)中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)上述空間對(duì)齊信號(hào)的估計(jì)值進(jìn)行物理層網(wǎng)絡(luò)編碼，并廣播發(fā)送網(wǎng)絡(luò)編碼信號(hào)；(5)通信節(jié)點(diǎn)接收上述廣播信號(hào)，進(jìn)行干擾抑制波束形成和對(duì)網(wǎng)絡(luò)編碼的譯碼，獲得期望接收信號(hào)的估計(jì)值。5a)根據(jù)零空間原理，將廣播信號(hào)中的干擾信號(hào)變換到廣播信號(hào)中的期望信號(hào)空間零空間內(nèi)，使變換后的干擾信號(hào)位于期望信號(hào)的正交子空間內(nèi)，以消除通信節(jié)點(diǎn)接收信號(hào)中的干擾信號(hào)，得到第i個(gè)通信節(jié)點(diǎn)的接收信號(hào)y、i e {1,2,3}表示接收節(jié)點(diǎn)的編號(hào)
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共信道多用戶(hù)干擾抑制方法，其中步驟lb)所述的利用相交子空間原理，確定出能使上述信號(hào)組合對(duì)齊到相同信號(hào)空間的波束形成權(quán)矢量，利用如下空間對(duì)齊條件確定
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的共信道多用戶(hù)干擾抑制方法，其中步驟3的實(shí)現(xiàn)如下 3a)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)編碼信號(hào)空間對(duì)齊條件，得到如下信號(hào)空間對(duì)齊等式 Hr,ivj,i = Hr,jvi,j =urg , i，j ∈ {1，2，3}且 i≠ j，g = 1，2，3其中Hr,i表示第i個(gè)通信節(jié)點(diǎn)到協(xié)同中繼r的信道傳輸矩陣，vj,i表示第i個(gè)通信節(jié)點(diǎn)發(fā)往第j個(gè)通信節(jié)點(diǎn)的信號(hào)需要的波束形成權(quán)矢量，urg表示第i個(gè)通信節(jié)點(diǎn)和第j個(gè)通信節(jié)點(diǎn)間的等效傳輸矩陣，g表示順序遞增的編號(hào)；3b)中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)變換，并根據(jù)信號(hào)空間對(duì)齊等式得到信號(hào)空間對(duì)齊后的等效信號(hào)為
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共信道多用戶(hù)干擾抑制方法，其中步驟5a)所述的根據(jù)零空間原理，將廣播信號(hào)中的干擾信號(hào)變換到廣播信號(hào)中的期望信號(hào)空間零空間內(nèi)，按如下步驟進(jìn)行4a)通過(guò)如下公式獲取干擾抑制波束形成權(quán)矢量νri∈ null[Hi ,r)其中，null (X)表示任意矩陣X的零空間，νr,i表示第i個(gè)通信節(jié)點(diǎn)的干擾抑制波束形成權(quán)矢量，Hi,r表示中繼節(jié)點(diǎn)r到第i個(gè)通信節(jié)點(diǎn)的信道傳輸矩陣；4b)利用上述干擾抑制波束形成權(quán)矢量，構(gòu)造第i個(gè)通信節(jié)點(diǎn)接收的干擾信號(hào)wj,k⊕Wk,j的等效傳輸信道為Hi,rvri=0，其中表示協(xié)同中繼r到第i個(gè)通信節(jié)點(diǎn)的信道傳輸矩陣，νir是信道傳輸矩陣Hi,r的零空間，即將廣播信號(hào)中的干擾信號(hào)變換到廣播信號(hào)中的期望信號(hào)空間零空間內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共信道多用戶(hù)干擾抑制方法，其中步驟5b)所述對(duì)已經(jīng)消除了干擾信號(hào)的廣播信號(hào)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼的譯碼，是用自身發(fā)送的信號(hào)和接收信號(hào)進(jìn)行異或操作，獲得期望接收信號(hào)，其公式如下
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于信號(hào)空間對(duì)齊的共信道多用戶(hù)干擾抑制方法，主要解決共信道多用戶(hù)相互干擾問(wèn)題，該方法包括在第一個(gè)時(shí)隙的多址接入階段，通信節(jié)點(diǎn)通過(guò)協(xié)同中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送獨(dú)立的信號(hào)給其它接收通信節(jié)點(diǎn)，同時(shí)接收其它通信節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的信號(hào)，對(duì)期望進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)空間對(duì)齊，減少中繼節(jié)點(diǎn)收到的獨(dú)立信息流數(shù)目；在第二個(gè)時(shí)隙的廣播發(fā)送階段，協(xié)同中繼將網(wǎng)絡(luò)編碼信號(hào)廣播發(fā)送，各通信節(jié)點(diǎn)利用干擾抑制波束形成消除廣播信號(hào)中的干擾信號(hào)，并利用自身發(fā)送信號(hào)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼的譯碼，獲得期望接收信號(hào)的估計(jì)值。本發(fā)明有效融合了信號(hào)空間對(duì)齊和網(wǎng)絡(luò)編碼對(duì)干擾抑制的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，增加了網(wǎng)絡(luò)容量，提高了帶寬利用率，可用于分布式傳輸網(wǎng)絡(luò)。
文檔編號(hào)H04L1/00GK102158312SQ201110066539
公開(kāi)日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月18日
發(fā)明者黨嵐君, 呂錫香, 張衛(wèi)東, 張躍宇, 朱輝, 李鳳華, 李學(xué)俊, 李小青, 李暉, 樊凱, 王勇, 王子龍 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)