專利名稱：移動通信網絡下設備間通信的最優(yōu)收發(fā)聯(lián)合處理方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種移動通信網絡下設備間通信的最優(yōu)收發(fā)聯(lián)合處理方法，屬于多天線干擾信道中的收發(fā)聯(lián)合處理方法設計領域。
背景技術：
近幾年隨著LTE-A的進一步演進發(fā)展，向現有移動網絡融合例如異構網絡、多點協(xié)同傳輸(CoMP)等新型移動通信技術引起了廣泛的關注。Device-to-Device(D2D)通信是一種允許本地距離較近的終端之間直接進行通信的新型技術。在已有的移動通信系統(tǒng)的控制下，通過復用小區(qū)資源能夠增加蜂窩通信系統(tǒng)頻譜效率，降低終端發(fā)射功率，在一定程度上解決無線通信系統(tǒng)頻譜資源匱乏的問題。相對于現有的無線本地局域網和藍牙等技術，D2D通信設備工作在許可頻段，不僅能夠靈活的采用多種資源分配策略還能有效的抑制干擾從而保證通信的可靠性，提升用戶的服務質量。盡管D2D通信技術擁有很多優(yōu)點，但是由·于在同頻段上傳輸的D2D信號會對原小區(qū)信號產生干擾，甚至有可能降低了小區(qū)容量因而導致頻譜利用率下降。近年來，多天線技術(MMO)已經受到研究人員的廣泛關注，該技術能夠利用發(fā)射端和接收端的多根天線提供的空間自由度對已有時間和頻率資源進行空間上的復用，從而顯著提高頻譜資源的利用效率和系統(tǒng)的通信容量。另一方面，多天線技術可以利用空間自由度抑制同頻干擾。在傳統(tǒng)多用戶MMO系統(tǒng)中，幾種基于MMO技術抑制多用戶干擾的優(yōu)化算法被廣泛運用于點到點信道和兩跳信道中。優(yōu)化的系統(tǒng)指標包含有接收信號的均方誤差(MSE)、系統(tǒng)容量(Sum-Rate)等。還有一些次優(yōu)的算法例如迫零算法(ZF)和最大化信泄噪比(SLNR)算法，迫零算法將各個用戶的信號通過預處理完全映射到干擾信道的零空間中，這樣可以完全消除其它干擾用戶對目標用戶的干擾。SLNR則將傳統(tǒng)地對信干噪比(SINR)指標的優(yōu)化轉變?yōu)閷π判孤对氡鹊膬?yōu)化，將優(yōu)化問題去耦合后可以求得閉式解，從而大大降低了優(yōu)化問題的計算復雜度，SLNR的性能卻沒有很多損失。對于包含D2D的通信場景很少有研究關注基于多天線技術的干擾抑制問題。最近，有研究人員設計了一種基于迫零思想的完全抑制基站對D2D接收用戶干擾的方案。該方案的思想就是將基站發(fā)送給無線移動網絡用戶的信號映射到基站對D2D接收用戶的干擾信道零空間中去。由于完全抑制了來自于無線移動網絡鏈路的干擾，D2D鏈路可以最大功率發(fā)送數據。該方案存在不足就是沒有考慮D2D發(fā)送用戶對無線移動網絡用戶的干擾問題。本專利將利用所有的傳輸信道和干擾信道信息，綜合地優(yōu)化無線移動網絡鏈路和D2D鏈路的發(fā)送預編碼矩陣和接收矩陣，達到最小化小區(qū)接收信號均方誤差以降低接收誤比特率以及最大化兩條鏈路和速率的目標。對實際系統(tǒng)的性能有很大的提高。
發(fā)明內容
本發(fā)明針對現有技術的不足，提供一種移動通信網絡下設備間通信的最優(yōu)收發(fā)聯(lián)合處理方法，聯(lián)合優(yōu)化的具體實現可以通過使無線移動網絡鏈路和D2D鏈路的接收信號的均方誤差最小化從而降低誤比特率，或者優(yōu)化整個系統(tǒng)的和速率使之最大化。本發(fā)明采用的技術方案為一種移動通信網絡下設備間通信的最優(yōu)收發(fā)聯(lián)合處理方法，該方法按以下步驟進行I) D2D (Device-to-Device)發(fā)送用戶 UEl (User Equipment)和 D2D 接收用戶 UE2分別擁有N1根發(fā)送天線和M1根接收天線，基站擁有N2根發(fā)送天線，網絡用戶UE3擁有M2根接收天線。D2D發(fā)送用戶和基站的發(fā)送功率分別為PpP2,它們分別發(fā)送多流數據X1和X2 (維度分別為S1X I和S2X I)給各自的接收機。S1和S2分別表示D2D鏈路和無線移動網絡鏈路傳輸的數據流數。2) D2D鏈路與無線移動網絡鏈路采用非正交方式共享時頻資源，即D2D設備對之間通信的物理信道與某個無線移動網絡用戶的物理資源重疊。在TDD(Time DivisionDuplexing)系統(tǒng)中，為了使基站獲得完整的信道信息來實現最優(yōu)收發(fā)設計，基站可以通過上行信道估計獲得基站至UE3的下行信道H2以及基站至UE2的下行干擾信道H2il ;通過上述相同的信道估計方式，UEl同樣可以獲得它至UE2的傳輸信道H1和它與UE3之間的干擾信道Hu2。最后UEl將H1和Hu2反饋給基站。3)基站根據獲得的完整的四類信道信息通過最小化接收信號均方誤差降低誤比特率或者最大化信道信道容量準則優(yōu)化基站、UEl的預編碼矩陣和UE2、UE3的接收矩陣。由于上述最優(yōu)化問題是非凸問題且不存在閉式解，所以本專利提供了兩種可選的迭代算法。為方便敘述，將最小化接收信號均方誤差迭代算法稱作算法一，而將最大化信道容量算法稱作算法二。算法一的迭代計算方法如下步驟I :令迭代次數變量n=0，按照傳輸信道H1和H2奇異值分解結果初始化發(fā)送預編碼矩陣W ' u = 1，2 ;下標u是標識鏈路的變量,其中U=I和u=2分別表示D2D鏈路(UEl和UE2之間的通信鏈路)和移動網絡下行鏈路(基站到UE3的通信鏈路)。步驟2 :n=n+l，然后根據下面式(2)計算第n+1次迭代過程中鏈路u的接收矩陣f +1)；步驟3 :將步驟2計算得到的Fi-代入功率約束條件下面式⑶求得參數/4n+1)，其中/4K+1)是保證功率約束條件成立而引入的拉格朗日乘數；步驟4 :將步驟2和步驟3中計算得到的/4η+1)和代入下面式(I)可以計算得到第n+1次迭代過程中的發(fā)送預編碼矩陣;步驟5 :重復步驟2到步驟4直到Win+10PFp+1敗斂。
權利要求
1.一種移動通信網絡下設備間通信的最優(yōu)收發(fā)聯(lián)合處理方法，其特征在于該方法按以下步驟進行 1)D2D發(fā)送用戶UEl和D2D接收用戶UE2分別擁有N1根發(fā)送天線和M1根接收天線，基站擁有N2根發(fā)送天線，網絡用戶UE3擁有M2根接收天線，D2D發(fā)送用戶和基站的發(fā)送功率分別為PpP2,它們分別發(fā)送多流數據X1和X2給各自的接收機，它們的維度分別為S1X I和S2X 1，S1和S2分別表示D2D鏈路和無線移動網絡鏈路傳輸的數據流數； 2)D2D鏈路與無線移動網絡鏈路采用非正交方式共享時頻資源，即D2D設備對之間通信的物理信道與某個無線移動網絡用戶的物理資源重疊；在TDD系統(tǒng)中，為了使基站獲得完整的信道信息來實現最優(yōu)收發(fā)設計，基站可以通過上行信道估計獲得基站至UE3的下行信道H2以及基站至UE2的下行干擾信道H2il ;通過上述相同的信道估計方式，UEl同樣可以獲得它至UE2的傳輸信道H1和它與UE3之間的干擾信道Hu2，最后UEl將H1和H1;2反饋給基站; 3)基站根據獲得的完整的四類信道信息通過最小化接收信號均方誤差降低誤比特率或者最大化信道信道容量準則優(yōu)化基站、UEl的預編碼矩陣和UE2、UE3的接收矩陣； 4)基站根據最小化接收信號的均方誤差或者最大化信道容量準則計算得到鏈路I、鏈路2的發(fā)送預編碼矩陣和接收矩陣分別為Wp F1和W2、F2，基站將Wp F1通過控制信道傳遞給D2D通信設備對； 5)最后，UEl利用發(fā)送預編碼矩陣W1加權數據流X1發(fā)送給UE2，而發(fā)送預編碼矩陣W2則被基站用來加權下行信號X2并發(fā)送給UE3。
2.根據權利要求I所述的移動通信網絡下設備間通信的最優(yōu)收發(fā)聯(lián)合處理方法，其特征在于所述步驟3)中最小化接收信號均方誤差迭代算法稱作算法一，該算法的迭代計算方法如下 步驟I :令迭代次數變量n=0，按照傳輸信道H1和H2奇異值分解結果初始化發(fā)送預編碼矩陣Wf; u = I, 2 ;下標u是標識鏈路的變量,其中U=I和u=2分別表示D2D鏈路和移動網絡下行鏈路； 步驟2 :n = n+l，然后根據下面式(2)計算第n+1次迭代過程中鏈路u的接收矩陣托《+)； 步驟3:將步驟2計算得到的 "+1)代入功率約束條件下面式(3)求得參數Arli，其中 〃是保證功率約束條件成立而引入的拉格朗日乘數； 步驟4 :將步驟2和步驟3中計算得到的/4W+1)和P ”代入下面式(I)可以計算得到第n+1次迭代過程中的發(fā)送預編碼矩陣Wiw+1)； 步驟5 :重復步驟2到步驟4直到收斂；
3.根據權利要求I所述的移動通信網絡下設備間通信的最優(yōu)收發(fā)聯(lián)合處理方法，其特征在于所述步驟3)中最大化信道容量算法稱作算法二，該算法的迭代計算方法如下步驟I :令迭代次數變量n=0，選擇足夠小的正數τ以及門限，按照傳輸信道民和仏奇異值分解結果初始化發(fā)送預編碼矩陣
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在移動通信網絡下設備間通信的最優(yōu)收發(fā)聯(lián)合處理方法，按如下步驟進行首先，時分雙工通信系統(tǒng)中的基站通過上行信道估計可以等價地獲得它至UE3的下行信道信息以及到D2D接收用戶的下行干擾信道信息；UE1采用類似的信道估計方法可以獲得它至UE2的傳輸信道信息和它對UE3的干擾信道信息，并將它們反饋給基站。接著，基站根據獲得的所有四類信道信息按照最小化均方誤差準則或者最大化信道信道容量準則計算出基站到UE3和UE1到UE2的預編碼矩陣和接收矩陣。最后，基站將計算得到的發(fā)送預編碼矩陣、接收矩陣通過控制信道通知給UE1、UE2和UE3。
文檔編號H04B7/04GK102882570SQ20121037044
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月28日 優(yōu)先權日2012年9月28日
發(fā)明者許威, 朱道華, 李朝峰, 雷鳴, 趙春明 申請人:東南大學