CN102970256B - 基于零空间的多天线d2d通信***干扰消除方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信***干扰消除技术领域，具体涉及一种基于零空间的多天线D2D通信***干扰消除方法。本发明的通信***干扰消除方法通过设计最佳训练序列长度，利用信道估计方法获得相对准确的干扰信道瞬时信息并基于干扰信道零空间设计了波束成形矩阵，因此能够有效的从信号处理的角度抑制或消除D2D技术引人蜂窝***中带来的同频干扰问题；同时，该发明的干扰消除方法实现原理简单，具有很强的可操作性。

Description

基于零空间的多天线D2D通信***干扰消除方法

技术领域

本发明涉及通信***干扰消除技术领域，具体涉及一种基于零空间的多天线D2D通信***干扰消除方法。

背景技术

随着人们对高速率移动通信业务需求的提高，如何提高蜂窝***的业务吞吐量成为了通信领域研究的重要课题。微微蜂窝和家庭基站等技术被引进到宏蜂窝网络中，以分级的蜂窝结构提升整个宏蜂窝内的频谱利用效率和***容量。但随着通信业务类型的拓展，小区内部近距离终端通信间成为了一种新的通信模型，例如近距离视频分享等业务。于此同时，D2D（Device-to-Device，面向设备间直接通信/端到端）通信技术被引入到下一代通信***中，以满足小区内部近距离终端通信的需求。

传统的蜂窝***中，终端之间的通信过程需要经过BS（BaseStatioN，基站）或者核心网内部单元的处理才能完成，而D2D通信技术是一种在蜂窝***BS的控制下，在终端间通信链路质量满足一定要求时通过复用小区内其他设备的通信资源进行直接点对点的通信技术。其技术特点是减少用户终端、BS以及核心网等设备的功率损耗，减轻BS及核心网的业务处理压力，提高蜂窝小区内频谱资源的利用效率。由于D2D通信是在蜂窝***的授权频段上进行通信，同时通信链路的建立和资源的复用是在BS的调节控制下完成，因此D2D通信的质量相对于那些工作在非授权的频段上的通信，在一定程度上得到了保证，这也是其他本地通信业务采用D2D技术实现的重要原因。

D2D技术虽然可以实现本地用户端到端的通信进而提高蜂窝网络的***性能，但引入D2D通信的蜂窝***内部潜在的同频干扰问题是不容忽视的。根据D2D复用蜂窝用户（CUE）上下行资源的不同，在D2D用户（DUE）的发送终端（DUE-T）、D2D用户的接收终端（DUE-R）、CUE以及BS间的干扰可以分为两种情况：当复用上行资源时，***中存在DUE-T至BS和CUE至DUE-R的干扰；当复用下行资源时，***中存在BS至DUE-R和DUE-T至CUE的干扰。与其他资源复用通信技术（例如认知无线电）的不同之处在于，D2D用户的通信所复用的资源是在BS的控制协调下分配完成的，所以由于资源复用而导致的***内部干扰是可以被蜂窝***控制的，即D2D的干扰是可以控制的；这一优点使得其对于***性能的提升具有很广阔的应用前景。

当前对于D2D技术的研究主要集中在解决干扰消除的问题。大多方案是从功率控制和时频资源调度分配的角度设计可行的算法，以实现对于D2D通信产生的干扰的消除。也有根据不同的场景，研究时隙、信道、功率等资源的联合分配调度和管理，例如：根据DUE与CUE的地理信息位置，将空间距离较远的CUE资源分配给DUE进行复用等方式。

然而，对于多天线的通信***，采用波束成形技术进行干扰消除是一种可行的方法，因此将波束成形技术引入到D2D***中可以很好的解决***的共存干扰问题。在D2D***中，一个较为实际并且易于操作的波束成形矩阵设计方法是根据干扰信道的零空间来设计。这样，在获得干扰信道信息后，通过对其分解技术，可以获得想要的零空间矩阵。但是在实际的通信***中，获得完美的干扰信道瞬时信息是非常困难的。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种干扰信道最佳瞬时信息的获取算法，并应用于多天线D2D通信***干扰消除技术中，用于抑制或者消除多天线D2D通信***中的同频干扰。

（二）技术方案

本发明技术方案如下：

一种基于零空间的多天线D2D通信***干扰消除方法，包括步骤：

S1.结合通信***的统计特性设计第一训练序列长度；

S2.根据所述第一训练序列长度，估算干扰信道第一瞬时信息；

S3.结合所述第一瞬时信息，设计最佳训练序列长度；

S4.根据所述最佳训练序列长度，估算干扰信道最佳瞬时信息；

S5.分解所述最佳瞬时信息获得干扰信道的零空间矩阵以及波束成形矩阵；

S6.基于所述零空间矩阵以及波束成形矩阵，设计信号发送协方差矩阵；

S7.根据所述波束成形矩阵以及信号发送协方差矩阵调整通信***参数，消除干扰。

优选的，所述步骤S1包括步骤：

S101.***初始化，设定通信***的每根天线的发射功率、干扰承受端干扰功率门限值、传输时间；

S102.根据步骤S101设定的参数信息得到***的统计特性，以优化***为目的，设计第一训练序列长度。

优选的，所述步骤S102中，以通信***链路吞吐量最大化或检测误比特率最小化为目的设计第一训练序列长度。

优选的，所述步骤S102中，设计第一训练序列长度的约束条件包括***信号发送端最大发送功率以及干扰承受端干扰功率门限值。

优选的，所述步骤S2中，通过利用训练序列训练估计方法、信道盲估计方法或信道半盲估计方法估算干扰信道第一瞬时信息。

优选的，所述步骤S2中，所述估计方法的估计准则为最小均方误差准则或最小二乘准则。

优选的，所述步骤S3包括步骤：

S301.结合所述第一瞬时信息，设计第二训练序列长度；

S302.比较第一训练序列长度与第二训练序列长度：若所述第二训练序列长度不大于第一训练序列长度，则认为第一训练序列长度为最佳训练序列长度；若所述第二训练序列长度大于第一训练序列长度，则结合第二训练序列长度与第一训练序列长度之差估计干扰信道瞬时信息，计算最佳训练序列长度。

优选的，所述步骤S5中，通过奇异值分解方法或者QR分解方法分解所述最佳瞬时信息。

优选的，所述步骤S5中包括：

当***中D2D用户发送终端天线个数大于基站端天线个数且D2D用户接收终端天线个数大于蜂窝用户终端天线个数时，在D2D用户发送终端设计基于D2D用户发送终端到基站端干扰信道零空间的发送波束成形矩阵，在D2D用户接收终端设计基于蜂窝用户终端至D2D用户接收终端干扰信道零空间的接收波束成形矩阵；

当***中D2D用户发送终端天线个数小于基站端天线个数且D2D用户接收终端天线个数大于蜂窝用户终端天线个数时，在基站端设计基于D2D用户发送终端至基站端干扰信道零空间的接收波束成形矩阵，在D2D用户接收终端设计基于蜂窝用户终端至D2D用户接收终端干扰信道零空间的接收波束成形矩阵；

当***中D2D用户发送终端天线个数大于基站端天线个数且D2D用户接收终端天线个数小于蜂窝用户终端时，在D2D用户发送终端设计基于D2D用户发送终端至基站端干扰信道零空间的发送波束成形矩阵，在蜂窝用户发送终端设计基于蜂窝用户终端至D2D用户接收终端干扰信道零空间的发送波束成形矩阵；

当***中D2D用户发送终端天线个数小于基站端天线个数且D2D用户接收终端天线个数小于蜂窝用户终端天线个数时，在基站端设计基于D2D用户发送终端至基站端干扰信道零空间的接收波束成形矩阵，在蜂窝用户发送终端设计基于蜂窝用户终端至D2D用户接收终端干扰信道零空间的发送波束成形矩阵。

优选的，所述步骤S7包括步骤：

S701.根据信号发送协方差矩阵调整***内各个实际工作的天线的发送功率以保持总发射功率不变；

S702.在相应的终端应用波束成形矩阵在干扰信道零空间内进行通信，消除干扰。

（三）有益效果

本发明的通信***干扰消除方法通过设计最佳训练序列长度，利用信道估计方法获得相对准确的干扰信道瞬时信息并基于干扰信道零空间设计了波束成形矩阵，因此能够有效的从信号处理的角度抑制或消除D2D技术引人蜂窝***中带来的同频干扰问题；同时，该发明的干扰消除方法实现原理简单，具有很强的可操作性。

附图说明

图1是本发明一种基于零空间的多天线D2D通信***干扰消除方法的流程图；

图2是多天线D2D通信***中D2D用户复用蜂窝***上行资源时DUE-T对BS的干扰模型图；

图3是图1中的干扰消除方法在不同BS干扰功率门限下D2D信道下界容量与训练序列长度的关系图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对发明的具体实施方式做进一步描述。以下实施例仅用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

为了更好的阐述本发明的实施细节，现参照图2对本实施例中的多天线D2D通信***配置加以说明：其中DUE-T和DUE-R是一对D2D用户，其复用CUE上行资源进行通信；BS的天线个数M_B=2，CUE的天线个数M_C=1，DUE-T和DUE-R的天线个数M_T＝M_R=4。

流程图如图1所示的一种基于零空间的多天线D2D通信***干扰消除方法，主要包括步骤：

S1.结合通信***的统计特性设计第一训练序列长度，并通知用户终端；其主要包括步骤：

S101.***初始化，设定通信***中CUE的每根天线的发射功率为DUE的每根天线的发射功率为DUE-T对BS的干扰功率门限值为ζ、***总的传输时间为T；该步骤还可以包括其它参数的设定。

S102.根据步骤S101设定的参数信息得到***的统计特性，以优化***为目的，例如以通信***链路吞吐量最大化或检测误比特率最小化等优化为目的设计第一训练序列长度；因为优化链路吞吐量在实际应用中使用较广，本实施例中优选以通信***链路吞吐量最大化为目标设计第一训练序列长度，其约束条件主要包括***信号发送端最大发送功率以及干扰承受端干扰功率门限值等。通过优化D2D链路吞吐量，得到DUE-R对CUE发送训练序列长度进行信道估计，以及BS对DUE-T发送训练序列长度进行信道估计，得到第一训练序列长度N_l。具体计算如下

$\underset{N_1}{\max }\frac{T-2N_1}{T}E\left\{\log \right|I+H{H}^H\frac{{\mathrm{\σ}}_d^2}{{\mathrm{\σ}}_z^2+{\mathrm{\ω}}_1}\left|\right\}$

s.t. 0<N₁<T/2

其中N₁为待计算的单一干扰信道训练序列长度；T为D2D用户一次传输的总通信时间；H是D2D自身的信道信息；期望E{ }是对H的统计特性，可通过有限多样本平均来求得；为D2D单根天线上的平均功率；为单根天线上的噪声方差；ω₁为来自CUE的干扰并且是N₁的函数，其表达式根据不同的信道估计算法不同，本实施例中最终，N₁可以由一维离散点搜索确定。

S2.根据第一训练序列长度N₁，估算干扰信道第一瞬时信息；本实施例中通过DUE-T和CUE分别向BS和DUE-R发送长度为N₁训练序列，接收端采用基于最小均方误差准则或者最小二乘准则的信道估计方法估算出相应的干扰信道第一瞬时信息和并将该信息反馈到相关终端。信道估计方法也可以是信道盲估计方法或信道半盲估计方法或者其他任何已知的估计方法。因为对信道信息H_CR和信道信息H_TB的信道估计原理一样，因此本实施例中以BS端接收训练序列为例说明该过程。N₁个时隙过后，BS端接收到的训练序列表达式为：

Y_B=H_TBT₁+Z

其中T₁是M_T×N₁维的训练矩阵，Z是M_B×N₁维的噪声矩阵，其每一个元素的方差是为了获得对H_TB的有效估计,第一训练序列长度N₁应该满足N₁≥M_T。基于LMMSE准则估计的H_TB即干扰信道第一瞬时信息可以表示为：

${\hat{H}}_{\mathrm{TB}}=Y_B{(T_1^H{T}_1+{\mathrm{\&sigma;}}_z^2{M}_{B}I)}^{-1}{T}_1^H{R}_{H_{\mathrm{TB}}}$

同理可以得到H_CR的信道估计

S3.结合估算得到的干扰信道第一瞬时信息，进一步优化***性能并获得最佳训练序列的长度，通知相关终端更新信道估计。

本实施例具体为：对估计得到的干扰信道第一瞬时信息和做奇异值分解，从的右奇异阵内得到干扰信道的零空间矩阵以及从的左奇异阵内得到干扰信道的零空间矩阵分别为

${\hat{H}}_{\mathrm{TB}}={\hat{U}}_{\mathrm{TBn}}\left[\begin{array}{cc}{\widehat{\mathrm{\&Sigma;}}}_{\mathrm{TB}}& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\hat{V}}_{\mathrm{TBs}}^H\\ {\hat{V}}_{\mathrm{TBn}}^H\end{array}\right]$

和

${\hat{H}}_{\mathrm{CR}}=[{\hat{U}}_{\mathrm{CRs}},{\hat{U}}_{\mathrm{CRn}}]\left[\begin{array}{c}{\widehat{\mathrm{\&Sigma;}}}_{\mathrm{CR}}\\ 0\end{array}\right]\left[{\hat{V}}_{\mathrm{CRs}}^H\right]$

以为DUE-T端的发送预编码，以为DUE-R端的接收预编码，使得干扰信息在干扰信道零空间内传输。通过以下方式计算第二训练序列长度N₂：

$\underset{N_2,R_{\mathrm{dT}}}{\max }\frac{T-2N_2}{T}\log |I+\frac{\hat{A}{\hat{R}}_{\mathrm{dT}}{\hat{A}}^H}{{\mathrm{\&sigma;}}_z^2+{\mathrm{\&omega;}}_2}|,$

$s.t.\mathrm{tr}\left({\hat{R}}_{\mathrm{dT}}\right)\&le;J,$ ${\hat{R}}_{\mathrm{dT}}\&GreaterEqual;0,$ 0<N₂<T/2,

其中ω₂为来自CUE的干扰并且是N₂的函数，其表达式根据不同的信道估计算法不同，本实施例中 $J=\min \{M_T{\mathrm{\&sigma;}}_d^2,\frac{M_B{\mathrm{\&sigma;}}_z^2+N_2{\mathrm{\&sigma;}}_d^2}{M_B^2{\mathrm{\&sigma;}}_z^2}\mathrm{\&zeta;}\}.$

图3给出了在不同的BS干扰功率门限下D2D链路最大容量和训练序列长度N之间的关系图，结果表明当干扰门限ζ很小时，干扰门限成为限制D2D链路容量的主要约束条件，需要更多的训练序列长度来获得更加精确的零空间进而满足对BS的干扰门限要求来使得D2D链路最优容量；相反在干扰门限ζ较大时，则相应需要少量的训练序列长度就可以得到最优容量。

比较第一训练序列长度N₁与第二训练序列长度N₂：若第二训练序列长度N₂不大于第一训练序列长度N₁，则认为第一训练序列长度N₂为最佳训练序列长度；若第二训练序列长度N₂大于第一训练序列长度N₁，则结合第二训练序列长度N₂与第一训练序列长度N₁之差N₂-N₁，重复上述步骤计算最佳训练序列长度。

S4.根据最佳训练序列长度，估算干扰信道最佳瞬时信息；

采用LMMSE估计准则，得到的最终估计即干扰信道最佳瞬时信息可以表示为：

${\tilde{H}}_{\mathrm{TB}}=Y_B{(T_2^H{T}_2+{\mathrm{\&sigma;}}_z^2{M}_{B}I)}^{-1}{T}_2^H{R}_{H_{\mathrm{TB}}}$

其中T₂是M_T×N₂的全体训练序列矩阵，并且假设信道的协方差矩阵满足由于信道估计的不完美性，定义估计的误差为：

$\mathrm{\&Delta;}{H}_{\mathrm{TB}}=H_{\mathrm{TB}}-{\tilde{H}}_{\mathrm{TB}}$

则通过计算信道误差的协方差矩阵为：

$R_{\mathrm{TB}}=E\left[\mathrm{\&Delta;}{H}_{\mathrm{TB}}\mathrm{\&Delta;}{H}_{\mathrm{TB}}^H\right]={(I+\frac{1}{{\mathrm{\&sigma;}}_z^2{M}_B}{T}_2{T}_2^H)}^{-1}$

当***初始化时设定DUE-T每个天线的发送功率为最佳训练序列满足时，则最终计算出信道误差协方差矩阵为采用相同的方式，DUE-R可以得到相应的信道估计误差为ΔH_CR，其协方差矩阵为

S5.对估计得到的信道信息和通过奇异值分解方法或者QR分解方法做奇异值分解获得干扰信道的零空间矩阵波束成形矩阵；当***中D2D用户发送终端天线个数大于基站端天线个数且D2D用户接收终端天线个数大于蜂窝用户终端天线个数时，在D2D用户发送终端设计基于D2D用户发送终端到基站端干扰信道零空间的发送波束成形矩阵，在D2D用户接收终端设计基于蜂窝用户终端至D2D用户接收终端干扰信道零空间的接收波束成形矩阵；当***中D2D用户发送终端天线个数小于基站端天线个数且D2D用户接收终端天线个数大于蜂窝用户终端天线个数时，在基站端设计基于D2D用户发送终端至基站端干扰信道零空间的接收波束成形矩阵，在D2D用户接收终端设计基于蜂窝用户终端至D2D用户接收终端干扰信道零空间的接收波束成形矩阵；当***中D2D用户发送终端天线个数大于基站端天线个数且D2D用户接收终端天线个数小于蜂窝用户终端时，在D2D用户发送终端设计基于D2D用户发送终端至基站端干扰信道零空间的发送波束成形矩阵，在蜂窝用户发送终端设计基于蜂窝用户终端至D2D用户接收终端干扰信道零空间的发送波束成形矩阵；当***中D2D用户发送终端天线个数小于基站端天线个数且D2D用户接收终端天线个数小于蜂窝用户终端天线个数时，在基站端设计基于D2D用户发送终端至基站端干扰信道零空间的接收波束成形矩阵，在蜂窝用户发送终端设计基于蜂窝用户终端至D2D用户接收终端干扰信道零空间的发送波束成形矩阵。

本实施例中采用奇异值分解方法：根据不同的天线数目，从的左或者右奇异阵内得到干扰信道的零空间矩阵从的右或左奇异阵内得到干扰信道的零空间矩阵并以相应的零空间矩阵作为发送预编码以及接收预编码，使得干扰信息在干扰信道零空间内传输。具体为：

DUE-T通过反馈信道获得干扰信道的信息对其做奇异值分解分解，得到

${\tilde{H}}_{\mathrm{TB}}={\tilde{U}}_{\mathrm{TBn}}\left[\begin{array}{cc}{\widetilde{\mathrm{\&Sigma;}}}_{\mathrm{TB}}& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\tilde{V}}_{\mathrm{TBs}}^H\\ {\tilde{V}}_{\mathrm{TBn}}^H\end{array}\right]$

其中M_T×(M_T-M_B)维矩阵是的零空间，将作为DUE-T端的波束成形矩阵。但由于实际干扰信道是H_TB，对估计值做SVD分解得到的零空间不能与H_TB完全正交，故DUE-T的信号经过做预编码后对BS的干扰不能完全消除。

同理，DUE-R对估计的干扰信道做SVD分解：

${\tilde{H}}_{\mathrm{CR}}=[{\tilde{U}}_{\mathrm{CRs}},{\tilde{U}}_{\mathrm{CRn}}]\left[\begin{array}{c}{\widetilde{\mathrm{\&Sigma;}}}_{\mathrm{CR}}\\ 0\end{array}\right]\left[{\tilde{V}}_{\mathrm{CRs}}^H\right]$

其中M_R×(M_R-M_C)维矩阵是的零空间，将作为DUE-R端的接收波束成形矩阵。由于信道估计的不完美性，不能与实际的干扰信道H_CR完全正交，故当DUE-R用对接收信号做滤波时，CUE的信号不能完全消除。

估计零空间和与实际信道的零空间V_TBn和U_CRn的误差通过如下计算得到：

H_TBΔV_TBn≈-ΔH_TBV_TBn

同理的误差ΔU_CRn可以表示为：

$H_{\mathrm{CR}}^H\mathrm{\&Delta;}{U}_{\mathrm{CRn}}=-\mathrm{\&Delta;}{H}_{\mathrm{CR}}^H{U}_{\mathrm{CRn}}.$

S6.基于波束成形矩阵，设计DUE-T的信号发送协方差矩阵；当在DUE-T应用发送波束成形在DUE-R应用接收波束成形时，D2D间的等效信道可以表示为：

$\tilde{A}={\tilde{U}}_{\mathrm{CRn}}^{H}H{\tilde{V}}_{\mathrm{TBn}}$

则DUE-T所采用的最佳协方差矩阵应由如下算式求出：

$\underset{{\tilde{R}}_{\mathrm{dT}}}{\max }\log |I+\frac{\tilde{A}{\tilde{R}}_{\mathrm{dT}}{\tilde{A}}^H}{{\mathrm{\&sigma;}}_z^2+{\mathrm{\&omega;}}_2}|,$

$s.t.\mathrm{tr}\left({\tilde{R}}_{\mathrm{dT}}\right)\&le;J,$ ${\tilde{R}}_{\mathrm{dT}}\&GreaterEqual;0,$

其中J由DUE-T的最大功率和BS所能承受的最大干扰所确定,通过对的特征值分解得到QΛQ^H，其中Q是酉矩阵，同时是一个对角阵。定义上述优化问题可以转成

$\underset{X}{\max }\log |I+\frac{\mathrm{X\&Lambda;}}{{\mathrm{\&sigma;}}_z^2+{\mathrm{\&omega;}}_2}|,$

$s.t.\mathrm{tr}\left({\tilde{R}}_{\mathrm{dT}}\right)\&le;J,$ ${\tilde{R}}_{\mathrm{dT}}\&GreaterEqual;0,$

采用标准化的方法，可以得到当X为对角阵时，即X=Diag(x₁,......,x_k)上述问题最优。

$\underset{\left\{x_i\right\}}{\max }\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}\log (1+\frac{x_i{\mathrm{\&lambda;}}_i^2}{{\mathrm{\&sigma;}}_z^2+{\mathrm{\&omega;}}_2})$

$s.t.\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i\&le;J,x_i\&GreaterEqual;0;$

x_i可以通过标准的注水算法获得，x_i的解为

$x_i={(v-\frac{{\mathrm{\&sigma;}}_z^2+{\mathrm{\&omega;}}_2}{{\mathrm{\&lambda;}}_i^2})}^{+},$

+代表取和0两者中的最大值，v代表注水线，其满足：

$\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(v-\frac{{\mathrm{\&sigma;}}_z^2+{\mathrm{\&omega;}}_2}{{\mathrm{\&lambda;}}_i^2})}^{+}=J,$

进一步，D2D链路的最大吞吐量可以表示为：

$C_{D2D}=\frac{T-2N_2}{T}\underset{I=1}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left(\log \frac{v{\mathrm{\&lambda;}}_i^2}{{\mathrm{\&sigma;}}_z^2+{\mathrm{\&omega;}}_2}\right)}^{+}.$

S7.根据波束成形矩阵以及信号发送协方差矩阵调整通信***参数，消除干扰。具体为：当采用发送波束成形技术时，由于只使用部分发送天线，故需要根据实际需要，将总发送功率平均分配到实际用到的发送天线中，以保证总发送功率不变。在所述终端应用发送或接收波束成形矩阵，并根据实际采用发送天线个数调整每个采用波束成形的DUE-T天线发送功率为以保证总发送功率不变。根据本***的天线个数设定，DUE-T利用发送波束成形矩阵将发送信号指向H_TB的零空间传输；DUE-R利用接收波束成形矩阵在干扰信道H_CR的零空间内接收DUE-T发送的数据。

本发明提供的一种基于干扰信道零空间的鲁棒性多天线D2D通信***干扰消除方法，其允许D2D用户复用蜂窝***内其他移动终端的资源进行通信并消除彼此的干扰。本方法基于***已知的统计特性以优化***性能为目标设计干扰信道训练序列和D2D发送信号的协方差矩阵。以此训练序列为基准，在D2D用户、基站和被复用终端的配合下估计干扰信道信息，并求解信道零空间，在此零空间基础上设计发送和接收波束成形矩阵，使得干扰信息在干扰信道的零空间内传输，消除D2D用户与复用蜂窝用户之间的干扰。本发明的优势及特点在于根据估计信道信息设计零空间波束成形矩阵，并考虑了信道估计的不完全性对零空间设计的影响，以达到鲁棒优化***各项性能指标的目的，具有很强的实用性。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，相关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的保护范畴。

Claims (10)

1.一种基于零空间的多天线D2D通信***干扰消除方法，其特征在于，包括步骤：

S1.结合通信***的统计特性设计第一训练序列长度；

S2.根据所述第一训练序列长度，估算干扰信道第一瞬时信息；

S3.结合所述第一瞬时信息，设计最佳训练序列长度；

S4.根据所述最佳训练序列长度，估算干扰信道最佳瞬时信息；

S5.分解所述最佳瞬时信息获得干扰信道的零空间矩阵以及波束成形矩阵；

S6.基于所述零空间矩阵以及波束成形矩阵，设计信号发送协方差矩阵；

S7.根据所述波束成形矩阵以及信号发送协方差矩阵调整通信***参数，消除干扰。

2.根据权利要求1所述的干扰消除方法，其特征在于，所述步骤S1包括步骤：

S101.***初始化，设定通信***的每根天线的发射功率、干扰承受端干扰功率门限值、传输时间；

S102.根据步骤S101设定的参数信息得到***的统计特性，以优化***为目的，设计第一训练序列长度。

3.根据权利要求2所述的干扰消除方法，其特征在于，所述步骤S102中，以通信***链路吞吐量最大化或检测误比特率最小化为目的设计第一训练序列长度。

4.根据权利要求3所述的干扰消除方法，其特征在于，所述步骤S102中，设计第一训练序列长度的约束条件包括***信号发送端最大发送功率以及干扰承受端干扰功率门限值。

5.根据权利要求4所述的干扰消除方法，其特征在于，所述步骤S2中，通过利用训练序列训练估计方法、信道盲估计方法或信道半盲估计方法估算干扰信道第一瞬时信息。

6.根据权利要求5所述的干扰消除方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述估计方法的估计准则为最小均方误差准则或最小二乘准则。

7.根据权利要求1所述的干扰消除方法，其特征在于，所述步骤S3包括步骤：

S301.结合所述第一瞬时信息，设计第二训练序列长度；

S302.比较第一训练序列长度与第二训练序列长度：若所述第二训练序列长度不大于第一训练序列长度，则认为第一训练序列长度为最佳训练序列长度；若所述第二训练序列长度大于第一训练序列长度，则结合第二训练序列长度与第一训练序列长度之差估计干扰信道瞬时信息，计算最佳训练序列长度。

8.根据权利要求1所述的干扰消除方法，其特征在于，所述步骤S5中，通过奇异值分解方法或者QR分解方法分解所述最佳瞬时信息。

9.根据权利要求1-4、5-8任意一项所述的干扰消除方法，其特征在于，所述步骤S5中包括：

当***中D2D用户发送终端天线个数大于基站端天线个数且D2D用户接收终端天线个数大于蜂窝用户终端天线个数时，在D2D用户发送终端设计基于D2D用户发送终端到基站端干扰信道零空间的发送波束成形矩阵，在D2D用户接收终端设计基于蜂窝用户终端至D2D用户接收终端干扰信道零空间的接收波束成形矩阵；

当***中D2D用户发送终端天线个数小于基站端天线个数且D2D用户接收终端天线个数大于蜂窝用户终端天线个数时，在基站端设计基于D2D用户发送终端至基站端干扰信道零空间的接收波束成形矩阵，在D2D用户接收终端设计基于蜂窝用户终端至D2D用户接收终端干扰信道零空间的接收波束成形矩阵；

当***中D2D用户发送终端天线个数大于基站端天线个数且D2D用户接收终端天线个数小于蜂窝用户终端时，在D2D用户发送终端设计基于D2D用户发送终端至基站端干扰信道零空间的发送波束成形矩阵，在蜂窝用户发送终端设计基于蜂窝用户终端至D2D用户接收终端干扰信道零空间的发送波束成形矩阵；

当***中D2D用户发送终端天线个数小于基站端天线个数且D2D用户接收终端天线个数小于蜂窝用户终端天线个数时，在基站端设计基于D2D用户发送终端至基站端干扰信道零空间的接收波束成形矩阵，在蜂窝用户发送终端设计基于蜂窝用户终端至D2D用户接收终端干扰信道零空间的发送波束成形矩阵。

10.根据权利要求9所述的干扰消除方法，其特征在于，所述步骤S7包括步骤：

S701.根据信号发送协方差矩阵调整***内各个实际工作的天线的发送功率以保持总发射功率不变；

S702.在相应的终端应用波束成形矩阵在干扰信道零空间内进行通信，消除干扰。