基於信號空間對齊的共信道多用戶幹擾抑制方法
2023-05-25 07:34:56 2
專利名稱：基於信號空間對齊的共信道多用戶幹擾抑制方法
技術領域：
本發明屬於無線網絡技術領域，涉及信號空間對齊和網絡編碼技術，特別涉及多用戶多天線系統中基於多用戶幹擾抑制的信號空間對齊優化方法，可用於無線通信。
背景技術：
無線網絡中的節點具有移動性和可攜帶性，使得無線網絡的組建方便、靈活，並得到了普遍的應用。無線網絡的鏈路具有廣播特性，即無線網絡中的節點可以向其它多個節點廣播信息，同樣的，無線網絡中的節點也可以接收來自其它多個節點的信息。由於節點的廣播特性，如果網絡中的多個節點在同一時間內廣播，則多個節點廣播出去的多個信號之間會在傳播的自由空間內相互混合，信號的混合會造成信號之間產生幹擾，造成接收節點接收到的信息不準確或無法接收到所需的信息。無線傳播介質的廣播特性，導致相同頻段同時發射的信號必然會產生共信道幹擾 CCI。多天線技術的引入，使得多發多收MIMO環境下CCI的特性有別於傳統的單發單收SISO 的情況，MIMO在提供空間自由度的同時，也大大增加了抗幹擾算法的難度和複雜度。傳統消除信道幹擾的方法大致有兩類一類是引入正交化信道，例如TDMA或FDMA ；第二類是引入編/解碼技術或多用戶檢測技術。多用戶共信道幹擾的最新研究成果是幹擾空間對齊算法，其核心思想是設計波束形成權矢量，將接收節點不期望的幹擾信號對齊到同一個信號子空間，而通過幹擾消除矩陣把期望信號構造到對應的正交子空間，實現幹擾抑制。該算法解決了共信道條件下多用戶幹擾抑制問題，但由於幹擾信號佔用了部分信號空間，使得系統可用自由度受限；在協同無線網絡中，信號幹擾大大制約了網絡編碼優勢的發揮，導致無線網絡中的容量和效率低。
發明內容
本發明的目的在於針對上述已有技術的不足，提供一種聯合網絡編碼的多源信號空間對齊設計方法，利用多源信號空間對齊技術基礎上的網絡編碼，消除多用戶幹擾，提高帶寬利用率，提升網絡容量。實現本發明目的技術思路是利用幹擾對齊原理，在第一個傳輸周期內將多通信節點期望信號中進行網絡編碼的信號對齊到相同的信號子空間，減少中繼節點接收到的獨立信息流的數目；利用協同中繼將解碼後的信息進行網絡編碼調製，並在第二個傳輸周期廣播發送；各通信節點接收機根據零空間原理，構造波束形成權將廣播信號中的幹擾信號變換到廣播信號中的期望信號空間零空間內，以消除通信節點接收信號中的幹擾信號並利用在第一個傳輸周期發送的數據解碼接收到的信號，獲得期望信號的估計值，其具體步驟包括如下(1)各個通信節點根據信號空間對齊準則，確定各自的發送波束形成權矢量la)每個通信節點同時向其他節點發送多路獨立信息，並根據是否需要在中繼節點進行網絡編碼，確定需要空間對齊的信號組合；
lb)利用相交子空間原理，確定出能使上述信號組合對齊到相同信號空間的波束形成權矢量；(2)各通信節點用上述確定的波束形成權矢量同時發送多路信號，中繼節點接收各節點發往中繼的混合信號，該中繼混合信號為各通信節點信息經波束形成處理後進行混合和加噪信號；(3)中繼節點的接收傳輸信道轉化為等效獨立信道，對接收混合信號進行解碼，獲得空間對齊信號的估計值；(4)中繼節點對上述空間對齊信號的估計值進行物理層網絡編碼，並廣播發送網絡編碼信號；(5)通信節點接收上述廣播信號，進行幹擾抑制波束形成和對網絡編碼的解碼，獲得期望接收信號的估計值。5a)根據零空間原理，將廣播信號中的幹擾信號變換到廣播信號中的期望信號空間零空間內，使變換後的幹擾信號位於期望信號的正交子空間內，以消除通信節點接收信號中的幹擾信號，得到通信節點的接收信號yS i e {1,2,3}表示接收節點的編號
權利要求
1. 一種基於信號空間對齊的共信道多用戶幹擾抑制方法，包括如下步驟(1)各個通信節點根據信號空間對齊準則，確定各自的發送波束形成權矢量la)每個通信節點同時向其他節點發送多路獨立信息，並根據是否需要在中繼節點進行網絡編碼，確定需要空間對齊的信號組合；lb)利用相交子空間原理，確定出能使上述信號組合對齊到相同信號空間的波束形成權矢量；(2)各通信節點用上述確定的波束形成權矢量同時發送多路信號，中繼節點接收各節點發往中繼的混合信號，該中繼混合信號為各通信節點信息經波束形成處理後進行混合和加噪信號；(3)中繼節點的接收傳輸信道轉化為等效獨立信道，對接收混合信號進行解碼，獲得空間對齊信號的估計值；(4)中繼節點對上述空間對齊信號的估計值進行物理層網絡編碼，並廣播發送網絡編碼信號；(5)通信節點接收上述廣播信號，進行幹擾抑制波束形成和對網絡編碼的解碼，獲得期望接收信號的估計值。5a)根據零空間原理，將廣播信號中的幹擾信號變換到廣播信號中的期望信號空間零空間內，使變換後的幹擾信號位於期望信號的正交子空間內，以消除通信節點接收信號中的幹擾信號，得到第i個通信節點的接收信號y、i e {1,2,3}表示接收節點的編號
2.根據權利要求1所述的共信道多用戶幹擾抑制方法，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組合對齊到相同信號空間的波束形成權矢量，利用如下空間對齊條件確定
3.根據權利要求1或2所述的共信道多用戶幹擾抑制方法，其中步驟3的實現如下 3a)根據網絡編碼信號空間對齊條件，得到如下信號空間對齊等式 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個通信節點到協同中繼r的信道傳輸矩陣，vj,i表示第i個通信節點發往第j個通信節點的信號需要的波束形成權矢量，urg表示第i個通信節點和第j個通信節點間的等效傳輸矩陣，g表示順序遞增的編號；3b)中繼節點對接收到的信號進行信號變換，並根據信號空間對齊等式得到信號空間對齊後的等效信號為
4.根據權利要求1所述的共信道多用戶幹擾抑制方法，其中步驟5a)所述的根據零空間原理，將廣播信號中的幹擾信號變換到廣播信號中的期望信號空間零空間內，按如下步驟進行4a)通過如下公式獲取幹擾抑制波束形成權矢量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個通信節點的幹擾抑制波束形成權矢量，Hi,r表示中繼節點r到第i個通信節點的信道傳輸矩陣；4b)利用上述幹擾抑制波束形成權矢量，構造第i個通信節點接收的幹擾信號wj,k⊕Wk,j的等效傳輸信道為Hi,rvri=0，其中表示協同中繼r到第i個通信節點的信道傳輸矩陣，νir是信道傳輸矩陣Hi,r的零空間，即將廣播信號中的幹擾信號變換到廣播信號中的期望信號空間零空間內。
5.根據權利要求1所述的共信道多用戶幹擾抑制方法，其中步驟5b)所述對已經消除了幹擾信號的廣播信號進行網絡編碼的解碼，是用自身發送的信號和接收信號進行異或操作，獲得期望接收信號，其公式如下
全文摘要
本發明公開了一種基於信號空間對齊的共信道多用戶幹擾抑制方法，主要解決共信道多用戶相互幹擾問題，該方法包括在第一個時隙的多址接入階段，通信節點通過協同中繼節點發送獨立的信號給其它接收通信節點，同時接收其它通信節點發來的信號，對期望進行網絡編碼的信號進行信號空間對齊，減少中繼節點收到的獨立信息流數目；在第二個時隙的廣播發送階段，協同中繼將網絡編碼信號廣播發送，各通信節點利用幹擾抑制波束形成消除廣播信號中的幹擾信號，並利用自身發送信號進行網絡編碼的解碼，獲得期望接收信號的估計值。本發明有效融合了信號空間對齊和網絡編碼對幹擾抑制的技術優勢，增加了網絡容量，提高了帶寬利用率，可用於分布式傳輸網絡。
文檔編號H04L1/00GK102158312SQ201110066539
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月18日 優先權日2011年3月18日
發明者黨嵐君, 呂錫香, 張衛東, 張躍宇, 朱輝, 李鳳華, 李學俊, 李小青, 李暉, 樊凱, 王勇, 王子龍 申請人:西安電子科技大學