[发明专利]MIMO干扰信道中基于自适应复合代价函数的干扰对齐预编码方法

权利要求书

1.MIMO干扰信道中基于自适应复合代价函数的干扰对齐预编码方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，在欧氏空间内构建一个具有特定约束的优化问题，定义优化问题的加权代价函数为期望子空间内的残留干扰和期望信号功率的可调加权差，定义权重系数α_k为一个随期望信号、干扰以及噪声强度变化的非负实数，其取值随干扰对系统影响程度的加强而减小；

步骤二，根据接收端的解码方式构造一个辅助函数将2Kd_k元加权代价函数转换为Kd_k元复合代价函数f(V)，即其中V＝{V₁,V₂,…,V_K}，U＝{U₁,U₂,…,U_K}分别表示预编码矩阵集和干扰抑制矩阵集，K表示多用户MIMO干扰系统的用户对个数，d_k表示第k个发送端发送的数据流个数；

步骤三，结合数学流形、复值矩阵求导以及梯度下降优化算法，将最小化复合代价函数f(V)的约束问题转化成流形上的无约束优化问题，进而将该问题的求解步骤转至格拉斯曼流形上执行，并完成预编码矩阵集V的迭代优化。

2.根据权利要求1所述MIMO干扰信道中基于自适应复合代价函数的干扰对齐预编码方法，其特征在于：步骤一所述的具有特定约束的优化问题为：

其中，表示加权代价函数，和分别表示接收端k接收到的来自发送端j的残留干扰功率和来自发送端k的期望信号功率；α_k为权重系数，V_k和U_k分别表示第k个收发对所对应的预编码矩阵和干扰抑制矩阵，和分别表示V_k和U_k的共轭转置，K表示多用户MIMO干扰系统的用户对个数，表示d_k×d_k维的单位矩阵。

3.根据权利要求1或2所述MIMO干扰信道中基于自适应复合代价函数的干扰对齐预编码方法，其特征在于：所述权重系数α_k的选取方式如下：

其中a为α_k初始值；b₁和b₂分别表示α_k随γ_k与的减小速率；表示发送端k的发送信噪比，γ_k表示发送功率分配因子，即干扰发送端的平均发送信噪比与期望发送端发送信噪比的比值。

4.根据权利要求3所述MIMO干扰信道中基于自适应复合代价函数的干扰对齐预编码方法，其特征在于：所述γ_k为发送功率分配因子，其计算式为：

当发送功率平均分配给每个发送端时，γ_k＝1；其中表示发送端j的发送信噪比，表示发送端k的发送信噪比。

5.根据权利要求1所述MIMO干扰信道中基于自适应复合代价函数的干扰对齐预编码方法，其特征在于：

步骤二中所述辅助函数必须与接收端的解码方式一一对应，将其与最为简单的迫零解码对应起来，即定义干扰抑制矩阵为其对应的干扰协方差矩阵的前d_k个最小特征值所对应的特征向量组，即

其中d_k、Q_k分别表示第k个收发对所传输的数据流数和所对应的干扰协方差矩阵。

6.根据权利要求1或2或5所述MIMO干扰信道中基于自适应复合代价函数的干扰对齐预编码方法，其特征在于：步骤二将步骤一所述具有特定约束的优化问题等价描述为：

其中和分别表示接收端k接收到的来自发送端j的干扰信号功率和来自发送端k的期望信号功率，α_k为的权重系数，表示V_k的共轭转置，K表示多用户MIMO干扰系统的用户对个数，表示d_k×d_k维的单位矩阵。

7.根据权利要求1所述MIMO干扰信道中基于自适应复合代价函数的干扰对齐预编码方法，其特征在于：步骤三所述将无约束优化问题转至格拉斯曼流形，将重组后的无约束问题采用梯度下降法迭代求解，其中迭代步长采用具有自适应调节功能的Armijo步长选择机制。