[发明专利]适用于无线局域网的联合功率分配的干扰对齐方法

摘要

本发明公开了一种适用于无线局域网的联合功率分配的干扰对齐方法，该方案第一步通过接收矩阵的一部分来消除小区间干扰，第二步用户将消除小区间干扰后的等效信道反馈给发送端，发送端设计预编码矩阵来消除用户间干扰，第三步通过奇异值分解来消除同一个用户流间的干扰，并对每个流进行功率分配，同时把接收矩阵剩下一部分发送给用户。本发明基站间或者用户间不需要交互大量的信息，每个用户可以在未知发射预编码矩阵的情况下从小区间干扰信号空间确认正交的零空间，从而设计接收端矩阵，因此只需要小区内部的反馈，对现有的系统不必进行太大的改动。

主权项

一种适用于无线局域网的联合功率分配的干扰对齐方法，其特征在于包括如下步骤：(1)用户根据导频估计出相邻小区的干扰信道，设计接收矩阵W_[m,k]＝U_[m,k]B_[m,k](m表示小区，k表示用户)的第一部分U来消除小区间的干扰，并反馈给基站；设计接收矩阵第一部分U来消除小区间干扰具体为：令表示用户STA[m,k]受到来自其他小区基站的干扰信道；为了消除小区间干扰，接收矩阵的前部分是从的零空间中选取，即需满足$U_{\[m,k\]}^H\left(H_{\[m,k\]}^{\stackrel{\‾}{m}}Q\right)=0$对矩阵进行奇异值分解得$H_{\[m,k\]}^{\stackrel{\‾}{m}}Q=\[\begin{array}{cc}{\stackrel{\‾}{U}}_{\[m,k\]}^{\left(1\right)}& {\stackrel{\‾}{U}}_{\[m,k\]}^{\left(0\right)}\end{array}\]{\stackrel{\‾}{\mathrm{\Λ}}}_{\[m,k\]}^{\left(1\right)}{\left({\stackrel{\‾}{V}}_{\[m,k\]}\right)}^H$其中表示前d_k个左奇异向量，d_k表示的秩，表示另外(N‑d_k)个左奇异向量。根据矩阵知识，是零空间的一组正交基，即因此从中选取列向量作为用户STA[m,k]接收矩阵的一部分可以将来自其他小区基站对小区m的用户的干扰消除，使得式的第三项为0；即满足条件的U_[m,k]为$U_{\[m,k\]}=V_{L_s}\left({\stackrel{\‾}{U}}_{\[m,k\]}^{\left(0\right)}\right)$这里V_Ls(X)表示取X的L_s个列向量，L_s表示数据流；(2)基站通过用户反馈的信息，设计发射预编码矩阵的第一部分V来消除用户间的干扰，具体为：在消除小区间干扰后，可以进一步利用块对角化预编码算法来消除小区内其他用户对用户STA[m,k]形成的干扰，即需满足(i＝1，2，…K且i≠k)令通过U_[m,k]处理后小区m内用户UE_m,k的等效信道为$G_{\[m,k\]}^m={\left(U_{\[m,i\]}\right)}^H{H}_{\[m,k\]}^{m}Q$则小区m内除了用户STA_[m,k]以外的所有用户的等效信道可以表示为${\stackrel{\‾}{H}}_{\[m,k\]}^m={\[{\left(G_{\[m,1\]}^m\right)}^T,...,{\left(G_{\[m,k-1\]}^m\right)}^T,{\left(G_{\[m,k+1\]}^m\right)}^T,...,{\left(G_{\[m,K\]}^m\right)}^T\]}^T$这样，(i＝1,2,…K且i≠k)可以等效写成：${\stackrel{\‾}{H}}_{\[m,k\]}^m{V}_{\[m,k\]}=0$这样基站AP_m可以利用块对角化来消除用户间干扰；上式为完全消除用户间干扰的块对角化算法时对用户STA_[m,k]的预编码矩阵V_[m,k]的要求，也就是要求每个用户的预编码矩阵V_[m,k]必须位于其他所有用户的信道矩阵的零空间中。经过这种预编码后的等效多用户信道矩阵H是个块对角阵，通过块对角化预编码后，系统便可转化为K个独立的单用户MIMO系统，对于每一个等效的独立的单用户MIMO系统可以应用传统的单用户MIMO系统的传输方案和译码方案；对进行奇异值分解得${\stackrel{\‾}{H}}_{\[m,k\]}^m={\stackrel{\‾}{U}}_{\[m,k\]}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\Λ}}}_{\[m,k\]}^{\left(2\right)}{({\stackrel{\‾}{V}}_{\[m,k\]}^{\left(1\right)},{\stackrel{\‾}{V}}_{\[m,k\]}^{\left(0\right)})}^H$其中表示前l_k个右奇异向量，l_k表示的秩；表示另外(KL_s‑l_k)个右奇异向量；是零空间的一组正交基；因此使用作为用户STA[m,k]预编码矩阵的一部分可以将剩下的多用户MIMO系统的下行链路分解成多个独立的单用户MIMO信道；即有$V_{\[m,k\]}=V_{L_s}\left({\stackrel{\‾}{V}}_{\[m,k\]}^{\left(0\right)}\right)$对于用户STA_[m,k]，经过U_[m,k]矩阵后消除了来自其他小区的干扰，经过V_[m,k]矩阵消除了剩下的来自小区m中其他用户的干扰，其等效的单用户MIMO信道矩阵为$H_{SU\[m,k\]}=U_{\[m,k\]}^H{H}_{\[m,k\]}^m{\mathrm{QV}}_{\[m,k\]};$(3)基站在(1)、(2)的基础上将多用户信道转化为单用户信道，并通过奇异值分解获得矩阵A和B来用于消除信号流间的干扰；(4)基站以最终发送预编码来给用户发送信号，同时将矩阵B发送给用户；(5)用户以最终接收矩阵来接收有效信号，用户的接收矩阵为W_[m,k]＝U_[m,k]B_[m,k]。