CN106559117A - K用户***及其干扰消除方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及通信技术领域,公开了一种K用户***及其干扰消除方法。本发明中,K用户***的干扰消除方法,K用户***包含:K个发送端与K个接收端,且各发送端与各接收端一一对应,各发送端发送至非对应接收端的信号为干扰信号;其中,K为大于1的自然数;K用户***的干扰消除方法包含以下步骤:若发送端非首次发送信号,则根据接收端的滤波矩阵获取预编码矩阵,并利用预编码矩阵消除本次发送信号中的干扰信号;接收端根据发送端的预编码矩阵获取滤波矩阵,并利用滤波矩阵消除本次接收信号中的干扰信号。这样,可以综合考虑发送端与接收端的因素,最大程度地消除***中的干扰信号。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术,特别涉及K用户***及其干扰消除方法。
背景技术
对于K用户干扰信道,常用的处理方法是发送端采用预编码矩阵进行消除干扰和接收端采用滤波矩阵进行消除干扰。在该处理方法中,发送端一般采用迫零方法对预编码矩阵进行处理以消除干扰,接收端一般采用最小均方误差方法对滤波矩阵进行处理以消除干扰。这种处理方法消除干扰的效果较差。
而且,对发送端天线受限的情况,迫零方法算法失效,不能够消除干扰;而接收端往往也在天线受限时,采用最小均方误差方法无法消除干扰。
发明内容
本发明解决的问题在于提供一种K用户***及其干扰消除方法,可以综合考虑发送端与接收端的因素,最大程度地消除***中的干扰信号。
为解决上述技术问题,本发明的实施方式提供了一种K用户***的干扰消除方法,所述K用户***包含:K个发送端与K个接收端,且各所述发送端与各所述接收端一一对应,各所述发送端发送至非对应所述接收端的信号为干扰信号;其中,K为大于1的自然数;
所述K用户***的干扰消除方法包含以下步骤:
若所述发送端非首次发送信号,则根据所述接收端的滤波矩阵获取预编码矩阵,并利用所述预编码矩阵消除本次发送信号中的干扰信号;
所述接收端根据所述发送端的预编码矩阵获取滤波矩阵,并利用所述滤波矩阵消除本次接收信号中的干扰信号。
本发明的实施方式还提供了一种K用户***,包含:K个发送端与K个接收端;
其中,K为大于1的自然数;各所述发送端与各所述接收端一一对应,各所述发送端发送至非对应所述接收端的信号为干扰信号;
所述发送端包含:第一获取模块与第一消除模块;所述接收端包含:第二获取模块与第二消除模块;
所述第一获取模块,用于在所述发送端非首次发送信号时,根据所述第二获取模块获取的滤波矩阵,获取预编码矩阵;
所述第一消除模块,用于根据所述第一获取模块获取的预编码矩阵,消除本次发送信号中的干扰信号;
所述第二获取模块,用于根据所述第一获取模块获取的预编码矩阵获取滤波矩阵;
所述第二消除模块,用于根据所述第二获取模块获取的滤波矩阵消除本次接收信号中的干扰信号。
本发明实施方式相对于现有技术而言,发送端除首次发送信号外,根据接收端的滤波矩阵获取预编码矩阵,并利用预编码矩阵消除本次发送信号中的干扰信号,即发送端在确定用于消除发送信号中干扰的预编码矩阵时,除考虑发送端因素外,还考虑接收端的因素,这样,可以最大程度地消除***的发送信号中的干扰信号;同样,接收端根据发送端的预编码矩阵获取滤波矩阵,并利用滤波矩阵消除本次接收信号中的干扰信号,即接收端在确定用于消除接收信号中干扰的滤波矩阵时,除考虑接收端的因素外,还考虑发送端的因素,这样,可以最大程度地消除***的接收信号中的干扰信号。综上所述,本发明实施方式可以综合考虑发送端与接收端的因素,最大程度地消除***中的干扰信号。
另外,在所述发送端首次发送信号的步骤中,确定初始预编码矩阵,并利用所述始预预编码矩阵消除首次发送信号中的干扰信号;在所述接收端根据所述发送端的预编码矩阵获取滤波矩阵的步骤中,所述接收端根据所述初始预编码矩阵获取滤波矩阵。
另外,在所述确定初始预编码矩阵的步骤中,包含以下子步骤:若所述发送端的天线数目小于被干扰的所述接收端的天线的总数目,则所述发送端分别从各个被干扰的接收端的干扰子信号中选取干扰强度最大的干扰子信号,作为待消除的干扰子信号;根据所述待消除的干扰子信号,确定所述初始预编码矩阵。这样,即使在发送端的天线数目小于被干扰的接收端的天线的总数目,只要发送端的天线数目大于被干扰的接收端的数目(K-1),就可以消除发送信号中的干扰信号。
另外,在所述利用所述滤波矩阵消除本次接收信号中的干扰信号的步骤中,利用所述滤波矩阵对所述接收信号进行线性滤波,消除本次接收信号中的干扰信号。采用线性滤波的方法消除接收信号中的干扰信号,计算简单,计算量小。
附图说明
图1是根据本发明第一实施方式中的K用户***结构示意图;
图2是根据本发明第一实施方式中的K用户***的干扰消除方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而,本领域的普通技术人员可以理解,在本发明各实施方式中,为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是,即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改,也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。
本发明的第一实施方式涉及一种K用户***的干扰消除方法。其中,本实施方式中的K用户***的结构如图1所示,包含:K用户***包含K个发送端S1、S2、……、SK与K个接收端R1、R2、……、RK,每个发送端包含的天线数目为NT,每个接收端包含的天线数目为NR,其中,K为大于1的自然数。
具体地说,各所发送端与各接收端一一对应,Si发送至Ri的信号为有用信号,而各发送端发送至非对应接收端的信号为干扰信号,即Si发送至Rj的信号为干扰信号,其中,1≤i≤K,1≤j≤K,且i≠j。在图1中,s1、s2、……、sK分别为发送端S1、S2、……、SK的待发送信号,各s1、s2、……、sK分别经第一预编码模块、第二预编码模块、……、第K预编码模块预编码后分别由发送端S1、S2、……、SK的天线发送出去;接收端R1、R2、……、RK接收的信号r1、r2、……、rK除了包含来自发送端发送的信号,还会分别包含噪声信号n1、n2、……、nK。
具体地说,第j个接收端Rj接收到的信号为:
各接收端还分别利用第一滤波器、第二滤波器、……、第K滤波器对接收信号进行滤波处理,消除接收信号中的干扰信号,得到消除干扰后的信号
yj=Gjrj (2)
其中,Hj,j(1≤j≤K)为Sj到Rj的NR×NT维的有用信道矩阵,Hj,i(1≤i≤K,1≤j≤K)为Si到Rj的NR×NT维的干扰信道矩阵,Wi(1≤i≤K)为NT×Di维的预编码矩阵,si(1≤i≤K)为Si发送给Ri的Di×1维信号向量,Di表示Si发送的信号流数。rj和nj分别表示接收端Rj接收到的NR×1维接收信号向量、NR×1维噪声信号向量;Gj(1≤i≤K)为接收端Rj的Dj×NR维滤波矩阵,yj为对接收信号进行滤波处理后的Dj×1维信号向量。
经预编码后的发送信号s1、s2、……、sK不但分别会被对应的接收端R1、R2、……、RK接收,还会被其他终端接收,对其他终端产生干扰。比如,经预编码后的发送信号s1还会被接收端R2、R3、……、RK接收,对接收端R2、R3、……、RK接收经预编码后的发送信号s2产生干扰,故预编码后的发送信号s1是接收端R2、R3、……、RK的干扰信号。其中,接收端R1接收来自发送端S1的信号所占用的信道为H1,1,接收端R2接收来自发送端S1的信号所占用的信道为H2,1,……,接收端RK接收来自发送端S1的信号所占用的信道为HK,1;接收端R2接收来自发送端S2的信号所占用的信道为H2,2,……,接收端RK接收来自发送端S2的信号所占用的信道为HK,2;接收端RK接收来自发送端SK的信号所占用的信道为HK,K;接收端R1接收来自发送端S2的信号所占用的信道为H1,2,……,接收端R1接收来自发送端SK的信号所占用的信道为H1,K。其中,H1,1、H2,2、……、HK,K为有用信道,其他信道(H1,2、H2,1、HK,1、H1,K、HK,2、H2,K)为干扰信道。
其中,Sj对一个接收端Ri(i≠j)产生的干扰为:
Ij=Hi,jWjsj (3)
Sj对其他接收端Ri(i≠j)产生的总干扰为:
基于上述的K用户***,本实施方式中的K用户***的干扰消除方法,具体流程如图2所示,包含以下步骤:
步骤201,判断发送端是否首次发送信号。若是,则执行步骤202,否则,执行步骤203。具体而言,是判断发送端是否在预设次数的迭代中首次发送信号。
步骤202,发送端确定初始预编码矩阵,并利用始预预编码矩阵消除首次发送信号中的干扰信号。
具体地说,若发送端的天线数目小于被干扰的接收端的天线的总数目,则在确定初始预编码矩阵的步骤中,包含以下子步骤:
步骤2021,发送端分别从各个被干扰的接收端的干扰子信号中选取干扰强度最大的干扰子信号,作为待消除的干扰子信号。具体地说,发送端可以分别对各个被干扰的接收端的干扰子信号的干扰强度进行排序,并分别选取出干扰强度最大的干扰子信号,作为待消除的干扰子信号。
在本步骤中,可以通过如下方式选取出干扰强度最大的干扰子信号:
定义T表示转置,对该((K-1)×NR)×NT维矩阵Tj做如下SVD(奇异值分解),可得:
其中,Σj为Tj的非零奇异值组成的对角阵,U1,j、V1,j分别表示与Tj的非零奇异值对应的左奇异向量组成的矩阵、右奇异向量组成的矩阵,U2,j、V2,j分别表示与Tj的零空间对应的左奇异向量组成的矩阵、右奇异向量组成的矩阵,V2,j为Tj的零空间的正交基,V1,j对应的非零奇异值大小则对应相应的干扰特征子信道的增益大小(干扰子信号的强度)。
具体地说,发送端分别从该发送端对应的各个干扰信道中选取出增益最大的干扰特征子信道的信道列向量作为待消除的干扰特征子信道,以供后续确定初始预编码矩阵。比如,发送端Sj可以从V1,j中选取出干扰信道H1,j、…、Hj-1,j、Hj+1,j、…、HK,1中增益最大的干扰特征子信道列向量(c1,j、…、cj-1,j、cj+1,j、…、cK,j)。即干扰特征子信道列向量(c1,j、…、cj-1,j、cj+1,j、…、cK,j)对应的干扰子信号为待消除的干扰子信号。
步骤2022,根据待消除的干扰子信号,确定初始预编码矩阵。
在本步骤中,包含以下子步骤:
步骤20221,将与待消除的干扰子信号对应的信道列向量依次排列组成第一矩阵并对第一矩阵进行奇异值分解,获取第一矩阵的零空间对应的右奇异向量组成的第二矩阵具体实现方法如下:
定义
对式(6)进行下述SVD分解,可得
其中,为的非零奇异值组成的对角阵,分别表示与的非零奇异值对应的左奇异向量组成的矩阵、右奇异向量组成的矩阵, 分别表示与的零空间对应的左奇异向量组成的矩阵、右奇异向量组成的矩阵,为的零空间的正交基。
步骤20222,将第二矩阵确定为初始预编码矩阵。即取
通过初始预编码矩阵对发送信号进行预编码可以选择性地消除发送端Sj对其他接收端Ri(i≠j)产生的干扰的最强部分。
其中,为NT行NT-(K-1)列的矩阵。这样,即使在发送端的天线数目小于被干扰的接收端的天线的总数目,只要发送端的天线数目大于被干扰的接收端的数目(K-1),就可以消除发送信号中的干扰信号。
步骤204,接收端根据发送端的预编码矩阵获取滤波矩阵,并利用滤波矩阵消除本次接收信号中的干扰信号。
在本步骤中,若发送端为首次发送信号,接收端首次接收信号,则接收端根据发送端的初始预编码矩阵获取滤波矩阵,并利用滤波矩阵消除本次接收信号中的干扰信号。
具体地说,Rj的等效接收信道为:(1≤i,j≤K),则其第一次迭代的MMSE(最小均方误差方法)线性滤波器的滤波矩阵为:
其中,为的共轭转置,为NR维单位矩阵,P是每个发送端的发送功率,是噪声功率。
在本步骤中,若发送端为非首次发送信号,则接收端根据发送端的本次发送信号的预编码矩阵获取滤波矩阵,并利用滤波矩阵消除本次接收信号中的干扰信号。比如,发送端第2次发送信号,则接收端根据发送端的第2次发送信号的预编码矩阵获取滤波矩阵其中,即:采用与获取类似的方法,将式(9)中的替换成获取滤波矩阵第3次发送信号及后继发送信号的迭代方法同理。
利用滤波矩阵对接收信号进行线性滤波,消除本次接收信号中的干扰信号,计算量小,实现简单。
步骤203,发送端根据接收端的滤波矩阵获取预编码矩阵,并利用预编码矩阵消除本次发送信号中的干扰信号。
若发送端为非首次发送信号,则发送端根据接收端的滤波矩阵获取预编码矩阵。比如,发送端为第2次发送信号,则通过如下方法获取预编码矩阵
定义Sj的等效发送信道为:(1≤i,j≤K),将替换干扰信道Hi,j,并采用式(6)、(7)、(8)获取第二次联合迭代的Si的预编码矩阵下一步迭代Sj的等效发送信道则为:(1≤i,j≤K),将替换干扰信道Hi,j,同样采用式(6)、(7)、(8)获取第三次联合迭代的Si的预编码矩阵后继迭代方法同理。
步骤205,判断是否达到预设的迭代次数。若是,则执行步骤206,否则,执行步骤203。
其中,预设的迭代次数与具体通信体制(如LTE(长时演进)、TD-SCDMA(时分同步码分多址)等)的子帧结构及信道环境相关。信道衰落越慢,即信道环境维持基本不变的时间越长,可迭代次数越多;在相同的信道环境下,子帧长度越短可迭代次数越多。
步骤206,结束迭代。
与现有技术相比,发送端除首次发送信号外,根据接收端的滤波矩阵获取预编码矩阵,并利用预编码矩阵消除本次发送信号中的干扰信号,即发送端在确定用于消除发送信号中干扰的预编码矩阵时,除考虑发送端因素外,还考虑接收端的因素,这样,可以最大程度地消除***的发送信号中的干扰信号;同样,接收端根据发送端的预编码矩阵获取滤波矩阵,并利用滤波矩阵消除本次接收信号中的干扰信号,即接收端在确定用于消除接收信号中干扰的滤波矩阵时,除考虑接收端的因素外,还考虑发送端的因素,这样,可以最大程度地消除***的接收信号中的干扰信号。综上所述,本发明实施方式可以综合考虑发送端与接收端的因素,最大程度地消除***中的干扰信号。
上面各种方法的步骤划分,只是为了描述清楚,实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分,分解为多个步骤,只要包含相同的逻辑关系,都在本专利的保护范围内;对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计,但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。
本发明第二实施方式涉及一种K用户***,包含:K个发送端与K个接收端。
其中,K为大于1的自然数;各发送端与各接收端一一对应,各发送端发送至非对应接收端的信号为干扰信号。
发送端包含:第一获取模块与第一消除模块;接收端包含:第二获取模块与第二消除模块。
第一获取模块,用于在发送端非首次发送信号时,根据第二获取模块获取的滤波矩阵,获取预编码矩阵。第一获取模块还用于确定初始预编码矩阵;第一消除模块,还用于根据第一获取模块确定的初始预编码矩阵,消除首次发送信号中的干扰信号。
所述第二获取模块,用于根据所述第一获取模块获取的初始预编码矩阵获取滤波矩阵。第二获取模块,还用于根据第一获取模块获取的初始预编码矩阵获取滤波矩阵。
第一消除模块,用于根据第一获取模块获取的预编码矩阵,消除本次发送信号中的干扰信号。
第二获取模块,用于根据第一获取模块获取的预编码矩阵获取滤波矩阵。
第二消除模块,用于根据第二获取模块获取的滤波矩阵消除本次接收信号中的干扰信号。
其中,第一获取模块包含:选取子模块与确定子模块。
选取子模块,用于在发送端的天线数目小于被干扰的接收端的天线的总数目,且发送端首次发送信号时,分别从各个被干扰的接收端的干扰子信号中选取干扰强度最大的干扰子信号,作为待消除的干扰子信号。
确定子模块,用于根据选取子模块选取的待消除的干扰子信号,确定初始预编码矩阵。
其中,确定子模块包含排列单元、分解单元、获取单元与确定单元。
排列单元,用于将与待消除的干扰子信号对应的信道列向量依次排列组成第一矩阵。
分解单元,用于对排列单元得到的第一矩阵进行奇异值分解。
获取单元,用于根据分解单元的分解结果获取第一矩阵的零空间对应的右奇异向量组成的第二矩阵。
确定单元,用于将获取单元获取的第二矩阵确定为预编码矩阵。
其中,第二消除模块包含线性滤波器。
线性滤波器,用于根据滤波矩阵对接收信号进行线性滤波,消除本次接收信号中的干扰信号。
不难发现,本实施方式为与第一实施方式相对应的***实施例,本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效,为了减少重复,这里不再赘述。相应地,本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。
值得一提的是,本实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块,在实际应用中,一个逻辑单元可以是一个物理单元,也可以是一个物理单元的一部分,还可以以多个物理单元的组合实现。此外,为了突出本发明的创新部分,本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入,但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。
本领域的普通技术人员可以理解,上述各实施方式是实现本发明的具体实施例,而在实际应用中,可以在形式上和细节上对其作各种改变,而不偏离本发明的精神和范围。
Claims (10)
1.一种K用户***的干扰消除方法,其特征在于,所述K用户***包含:K个发送端与K个接收端,且各所述发送端与各所述接收端一一对应,各所述发送端发送至非对应所述接收端的信号为干扰信号;其中,K为大于1的自然数;
所述K用户***的干扰消除方法包含以下步骤:
若所述发送端非首次发送信号,则根据所述接收端的滤波矩阵获取预编码矩阵,并利用所述预编码矩阵消除本次发送信号中的干扰信号;
所述接收端根据所述发送端的预编码矩阵获取滤波矩阵,并利用所述滤波矩阵消除本次接收信号中的干扰信号。
2.根据权利要求1所述的K用户***的干扰消除方法,其特征在于,在所述发送端首次发送信号的步骤中,
确定初始预编码矩阵,并利用所述始预预编码矩阵消除首次发送信号中的干扰信号;
在所述接收端根据所述发送端的预编码矩阵获取滤波矩阵的步骤中,
所述接收端根据所述初始预编码矩阵获取滤波矩阵。
3.根据权利要求2所述的K用户***的干扰消除方法,其特征在于,在所述确定初始预编码矩阵的步骤中,包含以下子步骤:
若所述发送端的天线数目小于被干扰的所述接收端的天线的总数目,则所述发送端分别从各个被干扰的接收端的干扰子信号中选取干扰强度最大的干扰子信号,作为待消除的干扰子信号;
根据所述待消除的干扰子信号,确定所述初始预编码矩阵。
4.根据权利要求3所述的K用户***的干扰消除方法,其特征在于,在所述根据所述待消除的干扰子信号,确定所述初始预编码矩阵的步骤中,包含以下子步骤:
将与所述待消除的干扰子信号对应的信道列向量依次排列组成第一矩阵,并对所述第一矩阵进行奇异值分解,获取所述第一矩阵的零空间对应的右奇异向量组成的第二矩阵;
将所述第二矩阵确定为所述预编码矩阵。
5.根据权利要求1所述的K用户***的干扰消除方法,其特征在于,在所述利用所述滤波矩阵消除本次接收信号中的干扰信号的步骤中,
利用所述滤波矩阵对所述接收信号进行线性滤波,消除本次接收信号中的干扰信号。
6.一种K用户***,其特征在于,包含:K个发送端与K个接收端;
其中,K为大于1的自然数;各所述发送端与各所述接收端一一对应,各所述发送端发送至非对应所述接收端的信号为干扰信号;
所述发送端包含:第一获取模块与第一消除模块;所述接收端包含:第二获取模块与第二消除模块;
所述第一获取模块,用于在所述发送端非首次发送信号时,根据所述第二获取模块获取的滤波矩阵,获取预编码矩阵;
所述第一消除模块,用于根据所述第一获取模块获取的预编码矩阵,消除本次发送信号中的干扰信号;
所述第二获取模块,用于根据所述第一获取模块获取的预编码矩阵获取滤波矩阵;
所述第二消除模块,用于根据所述第二获取模块获取的滤波矩阵消除本次接收信号中的干扰信号。
7.根据权利要求6所述的K用户***,其特征在于,所述第一获取模块还用于确定初始预编码矩阵;
所述第一消除模块,还用于根据所述第一获取模块确定的初始预编码矩阵,消除首次发送信号中的干扰信号;
所述第二获取模块,还用于根据所述第一获取模块获取的初始预编码矩阵获取滤波矩阵。
8.根据权利要求7所述的K用户***,其特征在于,所述第一获取模块包含:选取子模块与确定子模块;
所述选取子模块,用于在所述发送端的天线数目小于被干扰的所述接收端的天线的总数目,且所述发送端首次发送信号时,分别从各个被干扰的接收端的干扰子信号中选取干扰强度最大的干扰子信号,作为待消除的干扰子信号;
所述确定子模块,用于根据所述选取子模块选取的待消除的干扰子信号,确定初始预编码矩阵。
9.根据权利要求8所述的K用户***,其特征在于,所述确定子模块包含排列单元、分解单元、获取单元与确定单元;
所述排列单元,用于将与所述待消除的干扰子信号对应的信道列向量依次排列组成第一矩阵;
所述分解单元,用于对所述排列单元得到的所述第一矩阵进行奇异值分解;
所述获取单元,用于根据所述分解单元的分解结果获取所述第一矩阵的零空间对应的右奇异向量组成的第二矩阵;
所述确定单元,用于将所述获取单元获取的第二矩阵确定为所述预编码矩阵。
10.根据权利要求6所述的K用户***,其特征在于,所述第二消除模块包含线性滤波器;
所述线性滤波器,用于根据所述滤波矩阵对所述接收信号进行线性滤波,消除本次接收信号中的干扰信号。
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