[发明专利]基于干扰抑制与容量提升的多小区干扰对齐算法

权利要求书

1.基于干扰抑制与容量提升的多小区干扰对齐算法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)初始化小区中基站的预编码矩阵V^[l]表示第l个小区基站的预编码矩阵，初始化α^[lk]，t₀，γ，Ω，令ω＝0，其中∈表示属于，M^[l]×d^[lk]表示维度为M^[l]×d^[lk]的复数集，M^[l]为第l个小区中基站的天线数，L表示小区的个数，d^[lk]为第l个小区中第k个用户接收数据的自由度，K_l表示第l个小区的用户数，α^[lk]为第l个小区中第k个用户干扰泄漏归一化因子，t₀为初始迭代步长，γ是与迭代步长有关的参数，其中0＜γ＜1，Ω为最大迭代次数；

(2)最大化第l个小区中第k个用户的接收功率，构建速率最大化优化目标为

其中Tr[·]表示矩阵的迹，U^[lk]为第l个小区第k个用户的解码矩阵，表示矩阵U^[lk]的共轭转置，表示相应矩阵的共轭转置矩阵，表示第l个小区中的基站和第l个小区第k个用户的信道矩阵，表示第j个小区中的基站和第l个小区第k个用户的信道矩阵，P^[j]和d^[j]分别表示第j个小区中基站的发送功率和自由度，P^[lk]表示第l个小区中第k个用户的接收送功率，表示维度为d^[lk]的归一化噪声，表示维度为N^[lk]的归一化噪声矩阵，N^[lk]表示第l个小区第k个用户的天线数，解出满足上述优化问题的解U^[lk]；

(3)得到解码矩阵U^[lk](l＝1, ……,L,k＝1, ……,K)后，预编码矩阵V^[l]用如下方法获得

K^[j]表示第j个小区中用户的个数，表示第l个小区中的基站和第j个小区第i个用户的信道矩阵，U^[ji]为第j个小区第i个用户的解码矩阵，ρ＝0时为采用迫零方式的预编码方法(ZF-MUSI)，ρ＝1为采用最大化信号干扰噪声比的预编码方法(MSLNR-MUSI)，解得V^[l]，令ω＝ω+1；

(4)获得预编码矩阵V^[l]和解码矩阵U^[lk]后，迭代(2)-(3)步骤，直到收敛或ω＝Ω。

2.根据权利要求1所述的干扰对齐算法，其特征在于：其中步骤(2)所述的构建速率最大化优化目标，求得解码矩阵，按如下步骤构造：

(2a)构建用户端的接收矩阵

其中y^[lk]表示为第l个小区第k个用户的接收信号，x^[l]为第l个小区中基站的发送信号，x^[j]为第j个小区中基站的发送信号，V^[j]表示第j个小区基站的预编码矩阵，n^[lk]表示第l个小区第k个用户接收的噪声；

(2b)构建形成干扰对齐的等效信道和干扰泄漏矩阵，当干扰被完全消除时，用户的接收信号为：

实际上干扰并不能被完全消除，因而，干扰泄漏表示为：

Tr[·]表示矩阵的迹，其中P^[j]和d^[j]分别表示第j个小区中基站的发送功率和自由度，表示维度为N^[lk]的归一化噪声矩阵，N^[lk]表示第l个小区第k个用户的天线数；

(2c)最大化第l个小区中第k个用户的接收功率，最优化问题建模为：

α^[lk]为第l个小区第k个用户干扰泄漏归一化因子；

(2d)令

为方便简洁，忽略上标，原问题转化为：

U表示简化的U^[lk]，为U的共轭转置矩阵；

(2e)令

A＝Q^1/2BQ^-1/2

Y＝Q^1/2U

这里A和Y是一个中间量，没有实际的物理意义，原问题变为：

Y是一个N×d的正交矩阵，可以表示为格拉斯曼流形G^N×d的一个点，因此，优化问题的解可在格拉斯曼流形下获得,表示Y的共轭转置矩阵；

(2f)Y的获得可通过如下方法：

1)初始化最大循环次数Ξ，初始化ξ＝0；

2)对于任意Y₀满足计算方向矩阵令Γ₀＝G₀，Y₀为所构建的满足任意矩阵，I表示单位矩阵；G₀表示初始时刻的方向矩阵；

3)令,Φ，执行(4)，为迭代的时刻，Φ表示最大迭代次数；

4)令表示时刻的步长，γ表示步进系数，Λ、Σ和D为的紧凑的奇异值分解产生的矩阵，即D^T表示矩阵D的转置矩阵；

5)如果令ξ＝0，执行(8)，否则，执行(6)，和分别指在和时刻的F值；

6)如果ξ＝Ξ，令ξ＝0，跳出循环，否则，执行(7)；

7)令ξ＝ξ+1，执行(4)，表示时刻的步长；

8)计算时刻方向矩阵表示的梯度，表示时刻的Y值，为的共轭转置矩阵，在格拉斯曼流形下，和到的切向量分别为：

其中，表示时刻的Y值，表示在时刻的方向矩阵；表示在时刻的迭代方向，可通过(9)进行更新；

9)计算新的迭代方向

其中对任意两个矩阵Δ₁和Δ₂，<Δ₁,Δ₂>表示为Δ₁的转置矩阵；

10)重复步骤(2f)中3-9，直到或迭代跳出循环；

(2g)根据(2e)计算U^[lk]。