基于功率动态分配的干扰中和方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于通信技术领域，尤其设及一种基于功率动态分配的干扰中和方法，可 用于在数据传输中实现发射功率的合理利用，部分消除干扰的同时最大化接收机的信干噪 比。
【背景技术】
[0002] 随着无线通信技术的快速发展，人们对于数据传输的需求不断提高，大量的用户 和数据连接将存在于有限的网络空间中。人们一方面努力寻求高效的资源利用方式，另一 方面也意识到干扰已成为制约网络容量的重要因素。因此，干扰管理技术的重要性日益凸 思O
[0003] 现有的干扰管理方式有迫零波束赋形ZFBF、迫零接收ZF、干扰对齐IA、干扰中和 IN,它们可使干扰信号在接收端得到抑制或消除。但是用ZFBF和IA调整发射信号波束方向 会造成信号强度的减弱。用IN通过发送干扰中和信号W消除干扰时，会消耗发射功率。另 外，ZFBF、IA和ZF技术比IN均需要更多的自由度来区分干扰和期望信号，IN使干扰信号在无 线媒介中传播的同时相互中和，所W不需要消耗自由度。但是，现有的干扰管理方法只关注 干扰的消除或抑制，却没有考虑管理的代价。
[0004] J.Chen,A.Singh,P.Elia,et al"Interference neutralization for separated multiuser uplink-downlink with distributed relays,''in Proc.of the Inf .!"IieoiT and Applications Workshop(ITA),卵.1-9,2011，提出了一种线性分布式IN 方案，对不同用户的上下行双向通信系统进行时间和空间上的编码。
[0005] T.Gou,S.A. Jafar,C.Wang,et al('Aligned interference neutralization and the degrees of freedom of the 2 X 2 X 2interf erence channel IEEE Trans. Inf. Theory，vol. 58，no. 7，PP. 4381-4395，2012，将干扰对齐与干扰中和相结合，应 用在具有两个源节点、两个中继和两个目的节点的网络中，发送端通过预编码处理实现干 扰对齐，中继将求解出的信号进行转发，在接收端通过干扰中和实现期望信号的求解，该方 法只适用于有中继的模型。
[0006] S.-W. Jeon,M.Gastpar, ('A survey on interference networks: Interference alignment and neutralization,"Entropy ,vol.14,no .10,pp.1842-1863,2012和S.-W. Jeon,C.-Y.Wang,M.Gastpar , ('Approximate ergodic capacity of a class of fading2X2X2networks,"in Proc.of the Inf.Theory and Applications Workshop (ITA)，pp.5-10,2012中对多源多跳网络中的IN和各态历经IN分别进行研究，分析了系统的 可达自由度和近似容量。
[0007] 上述=种方法，都是通过中继转发达到消除干扰的目的，并且干扰是被完全中和 的，并未考虑到干扰中和的功率开销，故在发射机发射功率受限的条件下，运部分开销功率 会在中和干扰的同时，影响用于期望信号传输的功率。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于提供一种基于功率动态分配的干扰中和方法，旨在解决目前的 完全干扰中和方法的功率开销过大，导致用于期望信号传输的功率减少，进而降低可达数 据速率的问题。
[0009] 本发明的设计思路是对干扰管理的收益与代价进行折衷，使得发射机的总功率在 消除干扰所需的功率与期望信号的功率之间得到有效分配。通过干扰中和功率系数的选择 与发射预编码设计，实现动态的干扰中和，从而合理利用发射功率，最大化接收机的信干噪 比。
[0010]根据上述思路，本发明实现步骤如下：
[0011] (1)发射机之间实现信道状态信息和数据信息的共享：
[0012] (Ia)目标通信接收机与干扰通信接收机分别估计相应的信道状态信息并反馈给 对应的发射机：
[0013] 定义一组发射机与接收机之间的通信为目标通信对，其余发射机与接收机之间的 通信对目标通信接收机产生干扰，称为干扰通信对;并假设网络中存在一对干扰通信对；
[0014] 干扰通信接收机估计干扰通信对之间的信道状态信息，即得到干扰通信矩阵hi， 受干扰的目标通信接收机估计目标通信对之间的信道状态信息，即得到目标通信矩阵ho， 受干扰的目标通信接收机估计干扰通信发射机与目标通信接收机之间的信道状态信息，即 得到干扰目标矩阵hio，并将运些信息反馈给对应的发射机；
[0015] (Ib)目标通信发射机向其对应的目标通信接收机发送目标数据XO，干扰通信发射 机向对应的干扰通信接收机发送干扰数据Xl;
[0016] (2)分别根据通信矩阵设计通信预编码向量与滤波矩阵：
[0017] 干扰通信发射机根据干扰通信矩阵hi设计干扰通信预编码向量SI;
[0018] 目标通信发射机根据目标通信矩阵ho设计目标通信预编码向量SO;
[0019] 干扰通信接收机根据干扰通信矩阵hi设计干扰通信滤波向量Wi;
[0020] 目标通信接收机根据目标通信矩阵ho设计目标通信滤波向量WO;
[002。 （3)目标通信发射机计算干扰中和信号预编码向量的方向信息*伽=-VAi0V||V&,0Sif， 使该干扰中和信号与干扰信号对齐到同一子空间的相反方向；
[0022] (4)目标通信发射机计算干扰中和功率系数ii，实现中和干扰所需的功率开销与消 除干扰的折衷：
[0023] (4a)目标通信发射机计算目标通信滤波向量与干扰信号的空间相关度X= [W0] HhlOSl;
[0024] (4b)目标通信发射机计算最佳的干扰中和功率系数，
其 中了，技=引|备|2[40了，C二如+巧|/[2，D = 2Pi|x|2、e=Pi|x|2，a=(BC+AE)2-ABD2; P0、Pi分别表示目标通信发射机和干扰通信发射机的发射功率，为目标通信矩阵ho 的最大奇异值，g为等效向量，g = SDIN ;
[00巧](4c)目标通信发射机计算干扰中和功率系数的最大值 ，并将 该最大值与最佳的干扰中和功率系数进行比较:若y^>ymax，则令干扰中和功率系数y = 0， 表示干扰强度过大，不能进行干扰中和，否则令y = 实现中和干扰所需的功率开销与消 除干扰的折衷；
[0026] (5)目标通信接收机确定干扰中和信号的发射功率/W =片与||句I/:,uSif，并根据干 扰中和信号预编码向量方向信息S圓和干扰数据信息Xi构造干扰中和信号0 = 工,；
[0027] (6)目标通信发射机发送干扰中和信号Q，用W部分或全部消除通信发射机的干 扰，使目标通信接收机的信干噪比最大，再通过目标通信滤波向量WO对目标数据XO进行恢 复。
[0028] 本发明与现有技术对比，具有W下特点：
[0029] 1、与现有技术相比，对于给定的发射机功率，采用本发明可W确定用于期望信号 发送和干扰中和的最佳比例，从而实现发射功率的合理利用，最大化接收机信干噪比。
[0030] 2、本发明提供的基于功率动态分配的干扰中和方法，通过干扰中和功率系数选择 与发射预编码设计，能实现基于功率动态分配的干扰中和。
[0031] 3、本发明由于通过受干扰接收机对应的发射机进行干扰中和信号的构造与发送 处理，受干扰的接收机只估计与干扰发射机之间的信道信息，没有增加其它信号处理工作， 便于实现。
[0032] 4、本发明不仅适用于只存在一对干扰通信对的情况，还适用于干扰通信对为一对 但其传输多路数据或者干扰通信对大于等于两对时的通信场景。
[0033] 5、本发明不仅适用于基于信道矩阵奇异值分解设计的预编码向量和滤波向量，还 适用于各种预编码向量和滤波向量的设计算法。
【附图说明】
[0034] 图1是本发明的实现流程图；
[0035] 图2是本发明使用的混合蜂窝通信系统模型图；
[0036] 图3是本发明基于图2系统在强干扰情况下的微用户信干噪比4与干扰中和功率系 数y的关系曲线图；