Mimo干扰信道中无反馈的干扰消除方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及通信领域，尤其是一种消除MIM0干扰信道中多用户干扰的方法。
【背景技术】
[0002] 多输入多输出（MIMO,Multi-InputMulti-Output)技术在发送端和接收端分别使 用多根发送天线和多根接收天线，能显著提高系统的性能。
[0003] 从系统中所支撑的用户数来划分，MIM0技术分为单用户MIM0技术和多用户MIM0 技术。多用户MIM0中，多个发送端同时向多个接收端发送信号。由于无线信道的广播特性， 接收端存在多用户干扰，严重影响了系统的性能。研宄的最多的干扰消除方法是干扰对齐。 干扰对齐就是将干扰信号对齐到一个接收信号空间的子空间内，并且保持干扰子空间与期 望信号子空间相互独立。
[0004] 干扰对齐研宄之初，学者们研宄的重点是如何提高系统的自由度，即系统容量。 然而，通信系统中的系统容量和可靠性相互矛盾，系统容量较高时，可靠性就有待于提高。 为了提高可靠性，有学者提出将干扰对齐和空时编码相结合，以获得空时编码带来的分集 增益。2013 年，文章"Combininginterferencealignmentandalamouticodesfor the3_usermimointerferencechannel"将Alamouti编码引入到MIMO干扰信道，通过干 扰对齐以及接收端的单向协作链路消除了多用户干扰，分集增益2,然而，该方案中其中的 两个发送端需要已知信道状态信息，反馈量较高，并且该方案只适用于每个发送端配置两 根天线的场景。
【发明内容】
[0005] 针对已有方案反馈量较高的问题，本发明提出了MM0干扰信道中无反馈的干扰 消除方法，适用于三个发送端和三个接收端的干扰信道，且每个发送端配置4根天线每个 接收端配置2根天线。
[0006] 实现本发明的技术思路是：为每个发送端设计了具有Alamouti结构的空时码字， 然后将码字进行线性组合并且引入了零矩阵。零矩阵的引入消除了第3个接收端的多用 户干扰；然后，通过对接收信号进行线性操作，减少了前两个接收端的相互干扰的码字的数 量；最后，利用Alamouti码字对应的等效信道矩阵的正交特性，消除了多用户干扰。
[0007] 为了实现上述技术思路，本发明提出的MM0干扰信道中无反馈的干扰消除方法， 适用于三个发送端和三个接收端的干扰信道，且每个发送端配置4根天线每个接收端配置 2根天线，包括如下步骤：
[0008] A，发送端1对其调制信号ck和sk进行空时编码，k= 1，2, 3, 4,得到2X2的码字 AJPBi，发送端2对其调制信号ck和sk进行空时编码，k= 5, 6, 7, 8,得到2X2的码字A2 和B2，发送端3对其调制信号ck和sk进行空时编码，k= 9, 10, 11，12,得到2X2的码字A3 和B3，然后三个发送端分别将码字组合并且引入零矩阵，得到4X6的码字并且发送出去；
[0009] B，接收端1根据发送端k到接收端1的信道矩阵Hlk计算
【主权项】
I. MMO干扰信道中无反馈的干扰消除方法，适用于三个发送端和三个接收端的干扰信 道，且每个发送端配置4根天线每个接收端配置2根天线，其特征在于，包括如下步骤： A，发送端1对其调制信号Ck和s k进行空时编码，k = 1，2, 3, 4,得到2 X 2的码字A ^口 B1，发送端2对其调制信号Ck和s k进行空时编码，k = 5, 6, 7, 8,得到2 X 2的码字A 2和B 2， 发送端3对其调制信号ck和sk进行空时编码，k = 9, 10, 11，12,得到2X2的码字A 3和B 3， 然后三个发送端分别将码字组合并且引入零矩阵，得到4X6的码字并且发送出去，具体过 程如下： A1，发送端1对其调制信号Ck和s k进行空时编码，k = 1，2, 3, 4,得到2X2的码字A i
- c ι+θ 〇2? &2 - c 3+e C4，bi - S ι+θ s]， b2=s3+ej0s4，Θ 的取值使得 ajPbi非零，i = l，2，）= λΡΓ，（·Γ表示共轭； Α2,发送端2对其调制信号ck和s k进行空时编码，k = 5, 6, 7, 8,得到2X2的码字A 2 矛口 Β.
^中，3^3 - C 5+e」· Cg? - C 7+Θ」· Cg? bg - S 5+e」· Sg? b4= s 7+e·3%，Θ 的取值使得 ajp b i非零，i = 3, 4，J' = >PT，（ · Γ表示共轭； A3,发送端3对其调制信号Ck和S k进行空时编码，k = 9, 10, 11，12,得到2X2的码 子 A3和 B 3，
，其中，a5= c 9+ej c10, a6= c n+ej c12, b5 = Sfej0Slt^b6=S1Jej0S 12, Θ 的取值使得 aJPbi 非零，i = 5, 6，/ = >/^1，（·）* 表示共轭； A4,发送端I将码字AJPB1进行组合并且引入零矩阵，得到4X6的码字S，
，其中，O2x2表示2X2的零矩阵； A5,发送端2将码字AjPB2进行组合并且引入零矩阵，得到4X6的码字U，
，其中，O2x2表示2X2的零矩阵； A6,发送端3将码字AJPB3进行组合并且引入零矩阵，得到4X6的码字V，
其中，O2x2表示2X2的零矩阵； A7,在相同的时间内，发送端1发送S，发送端2发送U，发送端3发送V ; B，接收端1根据发送端k到接收端1的信道矩阵Hlk计j
f应的等效信道 矩阵G1
对应的等效信道矩阵G2, k = 1，2,具体过程如下： Bl，接收端1根据信道矩阵计算得到Z11、Z21、Z31和Z 41，Z11 = 2 (H n+H2, n)、Z21 = 2(氏，12瑪，12)、Z31= S(Hu1-H2J1)和Z41= S(H^12-Hiu2)，H1; 115是!1115的前两列组成的矩阵，H2,lk 是Hlk的后两列组成的矩阵，k = 1，2 ;
B4，接收端 1 根据 G11、G21、G31、G41、G51、G 61、G71 和 G 81计算得到
?应的等效信道矩阵G 2，
(· "表示共轭转置，11 · I I表示范数； C，接收端2根据发送端k到接收端2的信道矩阵H2k计算
对应的等效信道 矩阵G#[
吋应的等效信道矩阵G4, k = 1，2,具体过程如下： C1，接收端2根据信道矩阵计算得到Z12、Z22、Z32和Z 42，Z12= 2 (H^+H Z22 = 2 (H1,22+H2,22)、Z32= S(H1J1-H2J1)和 Z42= 2 (H L22-H2,22)，H1J1^H 2k的前两列组成的矩阵，H2,a 是H2k的后两列组成的矩阵，k = 1，2 ; I
C4，接收端 2 根据 G12、G22、G32、G42、G52、G 62、G72和 G 82计算得到
对应的等效信道矩阵G 3和
·应的等效信道矩阵G 4， '
(· "表示共轭转置，11 · 11表示范数； D，接收端3根据发送端3到接收端3的信道矩阵H33计I
:寸应的等效信 道矩阵65和
对应的等效信道矩阵G6，具体过程如下： D1，接收端3令Z13 = H 33且Z 23 = H 2,33，其中，H1,33是H 33的前两列组成的矩阵，H 2,33是 H33的后两列组成的矩阵； ?Ι
? ( ·Γ表示共轭； D3,接收端3根据G13、G23、G33和G 43计算得】
对应的等效信道矩阵65和 A + 对应的等效信道矩阵（ (· "表示共轭转置，11 · 11表示范数；
E，接收端1处理其接收信号Y1，得到接收信号的等效表达形式ydPy2，具体过程如下： E1，接收端1用Y11表示Y i的前两列组成的矩阵，用Y 21表示Y 第三列和第四列组成 的矩阵，令 Y1' =Yn+Y2j Y2' =Y11-Y21; V111 E2,接收端1根据Y1'和Y 2'得到向量y n、y21、y12和y 22，知="VI， b u」 1 ? 厂 2~| 厂 K= ，J12= '1I，J22=〈21 'y、表示 Y1'的第 i 行第 m 列的元素，y2in^ L〕' r」 Lv丨2」 L，22」 示Y2'的第i行第m列的元素 ，i = 1，2, m = 1，2,（ · Γ表示共轭； jr-T H H E3,接收端1用G21和G 41处理y n和y 21，得到艽=少u ，（ ·）η表示共轭 转置，11 · 11表示范数； H g~r H Cr,, lr〇, E4,接收端1用G61和G 81处理y 12和y 22，得到Λ = 知-知，（·)H表示共轭 ||G61|| ||〇81丨丨 转置，11 · 11表示范数； F，接收端2处理其接收信号Y2，得到接收信号的等效表达形式73和y 4，具体过程如下： F1，接收端2用Y12表示Y 2的前两列组成的矩阵，用Y 22表示Y 2的第三列和第四列组成 的矩阵，令 Y3' =￥12+￥22且 Y4' =Y12-Y22; V31, F2,接收端2根据Y3'和Y 4'得到向量y 13、y23、y14和y 24，知=%"， 12 J ~ 3 ? Γ 4 ? 「4_ J"= I2I，J14= 3Vt，J24= '2I，y3im表示 Y3'的第 i 行第 m 列的元素，y4im表示 Lv 22」 b 12」 b 22」 Y/的第i行第m列的元素 ，i = 1，2, m = 1，2,（ · Γ表示共轭； H H F3,接收端2用G12和G 32处理y 13和y 23，得到凡=_^力3 知，（·)Η表示共轭 转置，11 · 11表示范数； 广 H p H ν/ \J ηη F4,接收端2用G52和G 72处理y 14和y 24，得到Λ -?τ，表示共轭 转置，11 · 11表示范数； G，接收端3处理其接收信号Y3，得到接收信号的等效表达形式^和y 6，具体过程如下： G1，接收端3用Y33表示Y 3的最后两列组成的矩阵，接收端3根据Y 33得到向量y 15和 「ν33,, I 「v33J 725，Λ5= Vl，知="Vl，y33im表示 Y33的第 i 行第 m 列的元素 ，i = l，2，m=l，2， L-V 12」 b 22」 (· Γ表示共轭； f H f H G2,接收端3用G23和G 43处理y 15和y 25，得到凡=^rJ15 -知，（·)η表示共轭 转置，11 · 11表示范数； H H G3,接收端3用G13和G 33处理y 15和y 25，得到I八= 脅"，（·)η· 轭转置，11 · 11表示范数； H，3个接收端分别译码，具体过程如下： -J'a _ H1，接收端1以q e;/2作为等效发送信号，以G1作为等效信道矩阵，以71作为等效 C3 + e C4 接收信号，译码Cp C2、(：3和C 4; \ +Λ - H2,接收端1以^作为等效发送信号，以G2作为等效信道矩阵，以72作为等效 接收信号，译码Sp s2、s#P s 4; ~c +eJ0c " H3,接收端2以5 # 6作为等效发送信号，以G3作为等效信道矩阵，以73作为等效 c7 + eJ C8 接收信号，译码c5、C6、(37和C 8; +eies ' H4,接收端2以5 作为等效发送信号，以G4作为等效信道矩阵，以74作为等效 S17 +eJ 接收信号，译码S5、s6、s#P s 8; H5,接收端3以.& +5/1°作为等效发送信号，以G5作为等效信道矩阵，以y 5作为等 _Cn~\~C C12 _ 效接收信号，译码C9、c1C)、C11和C 12; H6,接收端3以作为等效发送信号，以G6作为等效信道矩阵，以y6作为等 效接收信号，译码s9、S1(l、S11和S 12。
【专利摘要】本发明公开了MIMO干扰信道中无反馈的干扰消除方法，适用于三个发送端和三个接收端的干扰信道，且每个发送端配置4根天线每个接收端配置2根天线。为每个发送端设计了具有Alamouti结构的空时码字，然后将码字进行线性组合并且引入了零矩阵。零矩阵的引入消除了第3个接收端的多用户干扰；然后，通过对接收信号进行线性操作，减少了前两个接收端的相互干扰的码字的数量；最后，利用Alamouti码字对应的等效信道矩阵的正交特性，消除了多用户干扰。
【IPC分类】H04B7-04, H04L25-08
【公开号】CN104660535
【申请号】CN201510097419
【发明人】田心记, 赵鸿图, 李亚, 贾利琴, 雒芬, 杨冬
【申请人】河南理工大学
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年3月5日