認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中基于自適應(yīng)干擾對齊的干擾協(xié)調(diào)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中基于自適應(yīng)干擾對齊的干擾協(xié)調(diào)新方法，屬于無線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域。該方法構(gòu)造了認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中自適應(yīng)IA的閉式算法，推導(dǎo)了閉式解的可行性條件和可達(dá)d.o.f的界，使用基于隨機業(yè)務(wù)模型的蒙特卡洛仿真驗證了算法的有效性，可以實現(xiàn)主用戶和認(rèn)知用戶的業(yè)務(wù)平衡調(diào)度，從而有效地提高系統(tǒng)容量和頻譜利用率。
【專利說明】認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中基于自適應(yīng)干擾對齊的干擾協(xié)調(diào)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中基于自適應(yīng)干擾對齊的干擾協(xié)調(diào)方法，屬于無線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中，認(rèn)知用戶與授權(quán)主用戶通過不同方式進(jìn)行頻譜的共享以提高頻帶利用率及認(rèn)知用戶的容量。由于認(rèn)知用戶對主用戶的干擾具有重要影響[1]，因此無論采用何種頻譜共享方式，本質(zhì)上都要求將認(rèn)知用戶對主用戶的干擾進(jìn)行嚴(yán)格的控制，如干擾避免或要求其干擾溫度可控等。由于授權(quán)信號的時空非平穩(wěn)性，認(rèn)知用戶可以通過感知某個時段或某個地點上授權(quán)頻段的“空洞”來接入以提高容量。這種在某個域(時/頻/空)內(nèi)實現(xiàn)主用戶和認(rèn)知用戶的正交化資源接入的思想，在理想感知且不考慮開銷情況下，可以達(dá)到對頻譜的全利用。但這樣對于頻譜空洞的正交化利用是否就可以達(dá)到最大的容量呢？
[0003]干擾對齊(interference alignment, IA)技術(shù)是最近提出的一種干擾抑制和協(xié)調(diào)技術(shù)，它為我們在認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中的主用戶和認(rèn)知用戶頻譜資源共享提供了新思路。IA技術(shù)并不試圖簡單地避免干擾而是研究如何對干擾信道中的各對用戶進(jìn)行收發(fā)端聯(lián)合設(shè)計以消除干擾，同時實現(xiàn)最佳的容量和頻譜效率。討論采用IA技術(shù)下的系統(tǒng)性能時，容量通常用自由度(degrees of freedom, d.0.f)描述。它定義為大信噪比條件下容量C和信噪比Y
對數(shù)的比值，即=?，F(xiàn)有技術(shù)已證明，對于M天線K對用戶的干擾信道，
其總自由度漸進(jìn)可達(dá)KM/2，這個結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了此前的認(rèn)識。在信道參數(shù)時變的條件下，通過符號擴展實現(xiàn)干擾對齊，每個用戶可以實現(xiàn)M/2的自由度，總自由度可達(dá)KM/2。此外，有關(guān)文獻(xiàn)還針對3對用戶模型給出了干擾對齊設(shè)計的閉式解，并進(jìn)一步推導(dǎo)了 K用戶MMO系統(tǒng)d.0.f的上下界，并給出了緊致條件。以上的相關(guān)研究都表明，干擾因素如果經(jīng)過恰當(dāng)處理就不再是一個有害因素，而可以給我們帶來可觀的“干擾容量增益”。
[0004]由于干擾對齊技術(shù)容量上的突出優(yōu)勢，近來已經(jīng)成為研究熱點。已經(jīng)發(fā)表的成果主要在認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用IA技術(shù)所涉及的主要問題方面，如d.0.f界、閉式解、功率分配和信道狀態(tài)信息(channel state informat1n, CSI)有限反饋等問題。對于一對主用戶和認(rèn)知用戶模型，有關(guān)文獻(xiàn)提出了主用戶根據(jù)信道奇異值分解進(jìn)行注水(water-filling，WF)算法以獲取最大容量，將未分配的空間維度保留給認(rèn)知用戶使用的方法。由于認(rèn)知用戶根據(jù)不對主用戶產(chǎn)生干擾的原則進(jìn)行波束成型設(shè)計，實際上是將來自認(rèn)知用戶的干擾控制在主用戶的有用信號的零空間內(nèi)，因此這種方法被稱作機會干擾對齊(opportunisticinterference alignment, OIA)。在此基礎(chǔ)上,另一篇文獻(xiàn)給出了在理想CSI和沒有CSI情況下認(rèn)知用戶所獲得d.0.f的上下界。其他相關(guān)文獻(xiàn)除了推導(dǎo)了系統(tǒng)可達(dá)d.0.f界之外，還基于子空間的交集思想構(gòu)造出了一對主用戶和三對認(rèn)知用戶情況下IA的閉式解。以及OIA中的有限反饋問題，即主用戶將預(yù)編碼矩陣通過有限反饋給認(rèn)知用戶進(jìn)行干擾對齊設(shè)計的問題，仿真了不同系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計下的主次鏈路上的有效傳輸速率。還研究了通過對預(yù)編碼矩陣和功率分配進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化，提高了認(rèn)知用戶的容量，從而提高了整個頻譜利用率。
[0005]綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)取得了 IA技術(shù)在認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的一些進(jìn)展，但同時也存在著尚未解決的問題:0ΙΑ雖然考慮了認(rèn)知用戶對主用戶的干擾問題，但并沒有考慮主用戶對認(rèn)知用戶的干擾，而是把它當(dāng)做高斯噪聲處理。有些分析模型具有特殊性，不一定適用于一般的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)。而基于求子空間交集思想的閉式解運算量很大，可能存在實現(xiàn)困難?；趩螌χ饔脩艉驼J(rèn)知用戶，對可用信號維度的利用存在一定的不足；另外，以上的模型都沒有考慮業(yè)務(wù)的突發(fā)性和帶寬需求動態(tài)變化等特點。
[0006]為方便，本文使用如下約定:大寫和小寫字母分別表示常量和變量；大寫黑體字母和小寫黑體字母分別表示矩陣和向量；Ot和Oh分別表示矩陣的轉(zhuǎn)置和共軛轉(zhuǎn)置；0-1和0+分別表示矩陣的逆和偽逆；sum(v)表示向量V的元素求和；VeC{A}表示對于矩陣A的按列拉直；span{A}表示矩陣A的列向量所張成的空間；null{A}表示矩陣A的零空間；
Si表示集合S的元素數(shù)目；S(i，:)和S(:，j)分別表示矩陣S的第i行和第j列；I |S| |p表示矩陣S的P范數(shù)；H~Cmw表示H處于復(fù)M*N維線性空間。
[0007]干擾對齊技術(shù)為了能夠消除干擾，必須要求所有用戶的波束成型矩陣'(j =0，...，K)統(tǒng)一設(shè)計。干擾對齊的思想可以簡述如下:在任意一個接收機i處，如果所有來自其他用戶的干擾都能夠?qū)R在一個子空間內(nèi)，則可以通過子空間的正交投影加以消除。這個條件可以表述成:
[0008]

【權(quán)利要求】
1.一種認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中基于自適應(yīng)干擾對齊的干擾協(xié)調(diào)方法，其特征在于，首先使用IA模式離線搜索得到可用的IA模式；然后根據(jù)動態(tài)業(yè)務(wù)需要，在可用的IA模式中選出最佳模式；根據(jù)最佳模式構(gòu)造自適應(yīng)IA算法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中基于自適應(yīng)干擾對齊的干擾協(xié)調(diào)方法，其特征在于，所述根據(jù)最佳模式構(gòu)造自適應(yīng)IA算法，包括以下步驟: 1)對于所有用戶的d.ο.f進(jìn)行排列，不失一般性，設(shè)d0 ^ Cl1 ^ d2 ? dK ； 2)對于第i個用戶，尋求來自第j個干擾用戶的干擾信號作為i用戶的干擾空間基，j由下式確定J = 3)對于來自任意的其他干擾用戶k的干擾信號，構(gòu)造干擾空間對齊約束: H,,V* =((KMHy)Vec(Vy))7^k e Ω\(?, j) 其中Vi = [VA1，Vi2，...Vtdt ] e Cdtxy ,Kkj e 叫為任意一個滿秩矩陣，實際可以隨機產(chǎn)生。這里Vec O表示某矩陣按列拉直，(E)表示Kronecker積。這樣的約束共有K-2組； 4)對所有用戶按照步驟(2)、(3)建立約束方程組，可得方程組:Ax= O,X = vec([V1；V2,…VJ)，則方程的解即可由A的零空間的任意一組基向量求得； 5)干擾抑制矩陣的求法:對于用戶i，其干擾抑制矩陣Ui可由null(HijVj)的任意(Ii個基向量構(gòu)成，這里./ = arg ^idJ}; 6)接收端迫零均衡:令H,,=UiwHwV,.，則應(yīng)用一下迫零均衡可獲得原始數(shù)據(jù)的估計值:
X, =H"-
【文檔編號】H04W16/14GK104185185SQ201310195056
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2013年5月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月24日
【發(fā)明者】董恒 申請人:南京佳立實通信科技有限公司