一种获取数据信息的方法及干扰对齐网络系统与流程

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种获取数据信息的方法及干扰对齐网络系统。

背景技术：

目前，国家安全部门对社会安全更加看重，对于通过无线通信网络的智能性和复杂性获取必要信息来侦破犯法案件，也日益得到国家安全部门重视。

随着无线通信网络的快速发展，在无线通信网络中的用户越来越多，用户之间的信号干扰也越来越严重。干扰对齐技术是近几年刚兴起的一项有效去除用户之间信号干扰的技术手段。在使用干扰对齐技术的无线通信网络中，将用户间的干扰约束于某一特定的子空间进而理想的消除，因此所有的节点均需已知整个网络的全局信道信息。针对干扰对齐网络的这个特点，可以在干扰对齐网络内部通过用户间协作获取某些用户的信息，基于此来开发信息获取的方法以助力国家安全部门，势在必行。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种获取数据信息的方法及干扰对齐网络系统，可以获取干扰对齐网络系统中用户的数据信息，为国家相关部门提供帮助，提高社会安全性。

一方面，本发明实施例提供一种获取数据信息的方法，适用于干扰对齐网络系统，所述方法包括：

所述干扰对齐网络系统有K个用户，并包括处理器、发射机和接收机，每个用户对应一个处理器和一个发射机、一个接收机，

当获取用户a的数据信息时，K个处理器通过干扰对齐算法对K个用户信号的预编码矩阵和解码矩阵进行计算；

K个处理器根据所述计算结果，重新配置所述干扰对齐网络系统内除用户a外其他用户信号的预编码矩阵和解码矩阵，以使用户a在接收到信号时将其他用户的干扰信号在第一指定方向对齐，将自身的期望信号置于异于所述第一指定方向的其它方向，且使用户b在接收到信号时将除用户a外其他用户的干扰信号与自身的期望信号在第二指定方向对齐，将用户a的干扰信号置于异于所述第二指定方向的其它方向；

K个发射机根据用户a信号的预编码矩阵和解码矩阵以及重新配置后的除用户a外其他用户信号的预编码矩阵和解码矩阵发射信号；

接收机b接收信号，并通过干扰对齐解析出用户a的干扰信号以获取用户a的数据信息；

其中，每个接收机接收到的信号包括期望信号和干扰信号，每个发射机发射信号之后，与之对应的接收机接收到的信号称为期望信号，其它接收机接收到的信号称为干扰信号；

其中，a和b为编号，所属用户的处理器、发射机、接收机与用户编号相同；

其中，K为大于3的自然数。

另一方面，本发明实施例提供一种干扰对齐网络系统：

所述干扰对齐网络系统有K个用户，并包括处理器、发射机和接收机，每个用户对应一个处理器和一个发射机、一个接收机，

K个处理器，用于当获取用户a的数据信息时，通过干扰对齐算法对K个用户信号的预编码矩阵和解码矩阵进行计算；并根据所述计算结果，重新配置所述干扰对齐网络系统内除用户a外其他用户信号的预编码矩阵和解码矩阵，以使用户a在接收到信号时将其他用户的干扰信号在第一指定方向对齐，将自身的期望信号置于异于所述第一指定方向的其它方向，且使用户b在接收到信号时将除用户a外其他用户的干扰信号与自身的期望信号在第二指定方向对齐，将用户a的干扰信号置于异于所述第二指定方向的其它方向；

K个发射机，用于根据用户a信号的预编码矩阵和解码矩阵以及重新配置后的除用户a外其他用户信号的预编码矩阵和解码矩阵发射信号；

接收机b，用于接收信号，并通过干扰对齐解析出用户a的干扰信号以获取用户a的数据信息；

其中，每个接收机接收到的信号包括期望信号和干扰信号，每个发射机发射信号之后，与之对应的接收机接收到的信号称为期望信号，其它接收机接收到的信号称为干扰信号；

其中，a和b为编号，所属用户的处理器、发射机、接收机与用户编号相同；

其中，K为大于3的自然数。

本发明实施例提供了一种获取数据信息的方法及干扰对齐网络系统，针对干扰对齐网络中全局信道信息的交互特征，通过对用户信号的预编码矩阵和解码矩阵进行重新配置获取无线通信网络中某用户的数据信息，这种方法可以应用于国家相关部门中以获取必要信息，为相关部门提供了帮助，提高社会安全性。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例提供的一种获取数据信息的方法流程图；

图2是本发明实施例提供的另一种获取数据信息的方法流程图；

图3是本发明实施例提供的一种获取数据信息的实现原理图；

图4是本发明实施例提供的另一种获取数据信息的方法流程图；

图5是本发明实施例提供的另一种获取数据信息的方法流程图；

图6是本发明实施例提供的一种试验对比图；

图7是本发明实施例提供的另一种试验对比图；

图8是本发明实施例提供的另一种试验对比图；

图9是本发明实施例提供的另一种试验对比图；

图10是本发明实施例提供的一种干扰对齐网络系统的组成框图。

【具体实施方式】

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本发明实施例提供了一种获取数据信息的方法，适用于干扰对齐网络系统，适用于信息获取的过程中。

其中，所述干扰对齐网络系统指的是一种使用有效干扰管理机制，通过预编码技术使干扰在接收机处重叠在一起，以彻底消除干扰对期望信号影响的网络系统，包括处理器、发射机和接收机，本发明实施例中所述干扰对齐网络系统是包含K个用户的微蜂窝网络系统，每个用户对应一个处理器和一个发射机、一个接收机，K为大于3的自然数。

其中，所述处理器指的是完成所述干扰对齐网络系统中信号矩阵计算的模块。

所述发射机指的是指小基站，即公用移动通信基站，在一定的无线电覆盖区中，通过移动通信交换中心，与移动电话终端之间进行信息传递的微型无线电收发信电台。

所述接收机指的是用户终端，包括手机、电脑、PC等可以与基站进行交互的个人电子设备。

如图1所示，所述方法包括：

101、当获取用户a的数据信息时，K个处理器通过干扰对齐算法对K个用户信号的预编码矩阵和解码矩阵进行计算。

编码是信息从一种形式或格式转换为另一种形式或格式的过程，用预先规定的方法将信息、数据转换成规定的电脉冲信号。解码，是编码的逆过程。本发明实施例中，所述预编码矩阵指的是对用户信号进行预先编码的矩阵，所述解码矩阵指的是对用户信号进行解码的矩阵。在无线通信中，编解码技术已经比较成熟，每个信号根据不同需求有相应的预编码矩阵和解码矩阵，本发明实施例中通过预编码矩阵和解码矩阵可以改变用户接收到信号时解析期望信号的干扰对齐方式。

其中，a为编号，所属用户的处理器、发射机、接收机与用户编号相同。

102、K个处理器根据所述计算结果，重新配置所述干扰对齐网络系统内除用户a外其他用户信号的预编码矩阵和解码矩阵，以使用户a在接收到信号时将其他用户的干扰信号在第一指定方向对齐，将自身的期望信号置于异于所述第一指定方向的其它方向，且使用户b在接收到信号时将除用户a外其他用户的干扰信号与自身的期望信号在第二指定方向对齐，将用户a的干扰信号置于异于所述第二指定方向的其它方向。

其中，每个用户接收到的信号包括期望信号和干扰信号，每个发射机发射信号之后，与之对应的接收机接收到的信号称为期望信号，其它接收机接收到的信号称为干扰信号。所述期望信号携带用户数据信息的有用信号。所述干扰信号由用户传输期望信号时的相互间干扰而产生，会影响用户的期望信号传输质量。

其中，b为编号。

其中，所述第一指定方向和所述第二指定方向均指的是空间任意的一个方向。

103、K个发射机根据用户a信号的预编码矩阵和解码矩阵以及重新配置后的除用户a外其他用户信号的预编码矩阵和解码矩阵发射信号。

104、接收机b接收信号，并通过干扰对齐解析出用户a的干扰信号以获取用户a的数据信息。

本发明实施例提供了一种获取数据信息的方法，针对干扰对齐网络中全局信道信息的交互特征，通过对用户信号的预编码矩阵和解码矩阵进行重新配置获取无线通信网络中某用户的数据信息，这种方法可以应用于国家相关部门中以获取必要信息，为相关部门提供了帮助，提高社会安全性。

进一步来说，结合前述方法流程，本发明实施例的另一种可能的实现方式还提供了用户a在所述干扰对齐网络系统中获取自身期望信号的具体过程，在步骤103之后，如图2所示，包括以下具体步骤：

105、接收机a接收信号，并通过干扰对齐解析出自身的期望信号。

步骤105中，用户a的接收机接收信号之后，通过干扰对齐解析出自身的期望信号，相比于重新配置除用户a外其他用户信号的预编码矩阵和解码矩阵之前，用户a的干扰信号方向和期望信号方向不发生任何变化，这样用户b获取用户a的数据信息就不会被用户a觉察到。

如图3所示，给出了本发明实施例的实现原理图。

进一步来说，结合前述方法流程，本发明实施例还提供了除用户a和用户b外其他用户在所述干扰对齐网络系统中获取自身期望信号的具体过程。

为了能够使用户b在用户a不觉察的情况下获取用户a的数据信息，而对除用户a外其他用户的预编码矩阵和解码矩阵重新配置，必然会牺牲一些用户的通信质量，即干扰对齐网络系统内有些用户仍可以通过干扰对齐获取自身期望信号，通信质量不受影响，而有些用户不能通过干扰对齐获取自身的期望信号，通信质量下降，基于此，在步骤103之后，本发明实施例提供了以下两种具体实现方式：

第一种实现方式，如图4所示，包括以下具体步骤：

106、除接收机a和接收机b外其它K-2个接收机中的G个接收机接收信号，并通过最大化信噪比解析出自身的期望信号。

其中，G为不能通过干扰对齐获取自身期望信号，通信质量下降的用户数目，G为小于K-2的自然数。

其中，所述信燥比指的是期望信号与干扰加噪声的强度的比值，通过最大化信噪比，可以解析出质量有所下降的期望信号。

第二种实现方式，如图5所示，包括以下具体步骤：

107、除接收机a和接收机b外其它K-2个接收机中的K-2-G个接收机接收信号，并通过干扰对齐解析出自身的期望信号。

进一步来说，结合前述方法流程，用户b在用户a不觉察的情况下获取用户a的数据信息，希望造成通信质量下降的用户数目G越小越好，为了确定G的最小值，针对步骤106的实现，本发明实施例的另一种可能的实现方式还提供了以下具体流程，使用获取数据信息方法的可行性条件的公式(1)，以确定G的取值范围，进而从已确定的G的取值范围确定G的最小值：

(K-1)(M+N-2d)-G(N-d)≥d(K-1)(K-G) (1)

根据对公式(1)计算，得到G的取值范围如下：

其中，M和N分别为所述干扰对齐网络系统中每个发射机和每个接收机上的天线数目，d为每个用户传输的信息数据流数目，M、N、d均为自然数。

从式(2)中可以看出，在d取值范围不同时，G的最小值也不同。

当d＝M＜N时，G最小可以取值0，即可以不牺牲任何用户的通信质量而使用户b在用户a不觉察的情况下获取用户a的数据信息。

当d＜min(M,N)时，G最小可以取值即需要牺牲一部分用户的通信质量使用户b在用户a不觉察的情况下获取用户a的数据信息。

当d＝N＜M时，G为正无穷，即需要牺牲所有其他用户的通信质量来使用户b在用户a不觉察的情况下获取用户a的数据信息。

为了更好的理解本技术方案的有益效果，本发明实施例还结合附图和实验结果给出了以下具体实施方式：

在一个K＝5用户的干扰对齐网络系统中，每个用户传输的信息数据流数目d为2。根据干扰对齐的可行性条件M+N≥d(K+1)，令M+N＝12，其中M和N分别为每个用户发射机和接收机上的天线数目。假设用户5获取用户1的数据信息，所有的信道均服从瑞利块衰落，每个节点均已知理想的全局信道信息。

实施方式一

在图6中，在发射机发射信号的信噪比取值不同的情况下，对用户1的信号传输速率、其他用户的信号平均传输速率以及用户5的信号传输速率进行比较，并令通信质量下降用户数目G取值2，N取值6或者7。从实验结果可知，用户1和用户5的信号传输速率在M＝6且N＝6时，比M＝5且N＝7时要高，这是因为，当N＝7时，根据公式(1)中的可行性条件，该方案变得不可行，此时，用户1也将发觉他的数据信息发生了泄漏。因此，在此种条件下，应保证N<7。

实施方式二

在图7中，对不同N的情况下，各个用户接收机处的干扰泄露进行比较。从实验结果可知，当2≤N≤6或者N＝10时，用户1、用户4和用户5的干扰泄漏为0，这和公式(1)中的可行性条件相一致。当7≤N≤9时，这些用户的干扰泄漏功率(P)不再为0，因此，该方案也变得不可行。

实施例三

在图8中，在N不同的取值情况下，对用户1的信号传输速率、其他用户的信号平均传输速率以及用户5的信号传输速率进行比较，信噪比设为40dB。从实验结果可知，当2≤N≤6或者N＝10时，用户1和用户4的信息传输速率接近25bits/s/Hz，在7≤N≤9的范围内明显下降，这和公式(1)中的可行性条件的结论相一致。用户5的信号传输速率随着N从2增加至6而提升，但在7≤N≤9的范围内明显下降。当N＝10时，用户5的信息传输速率接近25bits/s/Hz，与用户1和用户4一致。这是由于用户5的获取数据信息的功率随着N的增加而变小。当N＝2时，用户5的信号传输速率变为0，因此，该点并不可行。对上述结论进行整理，该方案在3≤N≤6或者N＝10时是可行的。

实施方式四

在图9中，在不同的N的情况下，采用与不采用本发明实施例提供的获取数据信息的方法，对用户5的信号传输速率进行比较。从仿真结果可知，当2≤N≤6时，采用本发明实施例提供的获取数据信息的方法时，用户5的信号传输速率要远高于不采用时的速率。当9≤N≤10时，采用和不采用本发明实施例提供的获取数据信息的方法时，用户5的信号传输速率一致。其中，附图9中信噪比指的是发射机发射信号的信噪比。

上述四个实施方式的附图中dB指的是分贝，是纯计数单位；Bits/s/Hz是比特/秒/赫兹，指的是信号传输速率单位。

本发明实施例提供了一种干扰对齐网络系统，适用于上述方法流程，所述干扰对齐网络系统有K个用户，并包括处理器、发射机和接收机，每个用户对应一个处理器和一个发射机、一个接收机，如图10所示，所述干扰对齐网络系统包括：

K个处理器(1、2、3……K-1、K)，用于当获取用户a的数据信息时，通过干扰对齐算法对K个用户信号的预编码矩阵和解码矩阵进行计算；并根据所述计算结果，重新配置所述干扰对齐网络系统内除用户a外其他用户信号的预编码矩阵和解码矩阵，以使用户a在接收到信号时将其他用户的干扰信号在第一指定方向对齐，将自身的期望信号置于异于所述第一指定方向的其它方向，且使用户b在接收到信号时将除用户a外其他用户的干扰信号与自身的期望信号在第二指定方向对齐，将用户a的干扰信号置于异于所述第二指定方向的其它方向。

K个发射机(1、2、3……K-1、K)，用于根据用户a信号的预编码矩阵和解码矩阵以及重新配置后的除用户a外其他用户信号的预编码矩阵和解码矩阵发射信号。

接收机b，用于接收信号，并通过干扰对齐解析出用户a的干扰信号以获取用户a的数据信息。

其中，每个接收机接收到的信号包括期望信号和干扰信号，每个发射机发射信号之后，与之对应的接收机接收到的信号称为期望信号，其它接收机接收到的信号称为干扰信号。

其中，a和b为编号，所属用户的处理器、发射机、接收机与用户编号相同。

其中，K为大于3的自然数。

可选的是，接收机a，用于接收信号，并通过干扰对齐解析出自身的期望信号。

可选的是，除接收机a和接收机b外其它K-2个接收机中的G个接收机，用于接收信号，并通过最大化信噪比解析出自身的期望信号。

和/或，

除接收机a和接收机b外其它K-2个接收机中的K-2-G个接收机，用于接收信号，并通过干扰对齐解析出自身的期望信号。

其中，G为小于K-2的自然数。

可选的是，所述除接收机a和接收机b外其它K-2个接收机中的G个接收机使用了获取数据信息方法的可行性条件的公式(1)，以确定G的取值范围，进而从已确定的G的取值范围确定G的最小值：

(K-1)(M+N-2d)-G(N-d)≥d(K-1)(K-G) (1)

根据对公式(1)计算，得到G的取值范围如下：

其中，M和N分别为所述干扰对齐网络系统中每个发射机和每个接收机上的天线数目，d为每个用户传输的信息数据流数目，M、N、d均为自然数。

本发明实施例提供了一种干扰对齐网络系统，针对干扰对齐网络中全局信道信息的交互特征，通过对用户信号的预编码矩阵和解码矩阵进行重新配置获取无线通信网络中某用户的数据信息，可以应用于国家相关部门中以获取必要信息，为相关部门提供了帮助，提高社会安全性。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机装置(可以是个人计算机，服务器，或者网络装置等)或处理器(Processor)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。