CN103441970A - 一种干扰对齐方法和干扰对齐装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种干扰对齐方法和干扰对齐装置，其中，一种干扰对齐方法，包括：计算使得和速率最大化的L个用户设备的预编码矩阵，其中，所述和速率是指所述L个用户设备与各自基站间的传输链路能够支持的最大传输速率的和；分别将所述L个用户设备的预编码矩阵分配给所述L个用户设备各自的基站，以便基站使用分配到的预编码矩阵向所述基站服务的用户设备传输数据，和/或，分别将所述L个用户设备的预编码矩阵分配给相应的用户设备，以便用户设备使用分配到的预编码矩阵向各自的基站传输数据。本发明实施例提供的技术方法能够有效提高在中低信噪比时的传输性能。

Description

一种干扰对齐方法和干扰对齐装置

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种干扰对齐方法和干扰对齐装置。

背景技术

在小区边缘，同时存在着来自于本小区和邻居小区的信号。上行信道中，基站会接收到来自相邻小区的用户设备（UE，User Equipment）的信号，下行信道中，UE会接收到来自于相邻小区的基站的信号。来自于相邻小区的信号对本小区会产生小区间干扰（ACI，Adjacent Cell Interference），从而严重地影响本小区的性能。尤其在长期演进的后续演进（LTE-A，Long Time EvolutionAdvanced）引入了异构网的情况下，ACI更加严重。

干扰对齐（IA，Interference Alignment）是最近得到广泛关注的一种干扰管理技术，其通过在发端的预编码处理，使得来自不同干扰源的信号在接收端落在一个与有用信号线性无关的子空间里。下面对Cadambe等人提出的IA方案进行说明，如图1所示为包含3个发射机（Tx1、Tx2和Tx3）和3个接收机（Rx1、Rx2和Rx3）的通讯系统，发射机和接收机都包含两条天线。假设发射机已知全部信道状态信息（CSI，Channel State Information），Tx1向Rx1发送数据包x₁，Tx2向Rx2发送数据包x₂，Tx3向Rx3发送数据包x₃，使用二行一列的复向量V₁、V₂和V₃作为预编码矩阵，分别对x₁、x₂和x₃进行预编码，则Tx1向Rx1发送的数据可以记为：t₁=V₁x₁，Tx2向Rx2发送的数据可以记为：t₂=V₂x₂，Tx3向Rx3发送的数据可以记为：t₃=V₃x₃。

其中，V₁、V₂和V₃是经过特殊设计的，使得：H₁₂V₂=H₁₃V₃；H₂₃V₃=H₂₁V₁；H₃₁V₁=H₃₂V₂。其中H_kl为2行2列的复向量，表示从第l个Tx到第k个Rx的信道衰落。如图1所示，使用各种图案的长条表示各个预编码矩阵。为了前面3条公式成立，令V₁为矩阵

H₂₃

H₁₂ H₃₁的任意一特征向量，并代入H₂₃V₃=H₂₁V₁和H₃₁V₁=H₃₂V₂，求得V₂和V₃，于是使得在Rx1处，Tx2的数据包x₂和Tx3的数据包x₃落在同一个线性子空间span(H₁₂V₂)内，并且与Tx1的数据包x₁所在的线性子空间span(H₁₁V₁)线性无关。即有：

$y_1=H_{11}{V}_1{x}_1+H_{12}{V}_2(x_2+x_3)+n_1=[H_{11}{V}_1,H_{12}{V}_2]\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ x_2+x_3\end{array}\right]+n_1$

其中，n₁为二行一列的复向量，其表示Rx1处的本地噪声。

同样的，在Rx2处，Tx1的数据包x₁和Tx3的数据包x₃也落在同一个子空间span(H₂₃V₃)中，即有：

$y_2=H_{22}{V}_2{x}_2+H_{23}{V}_3(x_3+x_1)+n_2=[H_{22}{V}_2,H_{23}{V}_3]\left[\begin{array}{c}{x}_2\\ x_3+x_1\end{array}\right]+n_2$

在Rx3处，，Tx1的数据包x₁和Tx2的数据包x₂也落在同一个子空间span(H₃₁V₁)中，即有：

$y_3=H_{33}{V}_3{x}_3+H_{31}{V}_1(x_1+x_2)+n_3=[H_{33}{V}_3,H_{31}{V}_1]\left[\begin{array}{c}{x}_3\\ x_1+x_2\end{array}\right]+n_3$

由于[H₁₁V₁,H₁₂V₂],[H₂₂V₂,H₂₃V₃],[H₃₃V₃,H₃₁V₁]均是满秩的，因此各接收机完全可以采用线性检测算法，如迫零检测（ZF，Zero Forcing）等将所需要的数据包从接收信号中检测出来。

然而，现有IA机制存在两个主要缺点：

1、现有IA机制的灵活性较低，首先，它要求在发射端和接收端都配备同样多的天线。但是实际中由于尺寸，功率等因素的限制，这点通常很难做到。如在移动通信的接入网中，移动台配备的天线会远远少于基站所配备的天线。而对于天线非对称配置的情形，现有IA机制技术无能为力。其次，它要求发射端和接收端的数目应当是相同的，这在实际中也是难以实现的，如在蜂窝网中，一般一个基站都要同时为多个UE提供服务。

2、现有IA机制在中低信噪比的情况下传输性能很差，因为现有IA机制是自由度最优而非容量最优的机制，而自由度是在高信噪比条件下的近似信道容量，在中低信噪比的条件下，传输性能并不好。

发明内容

本发明实施例提供一种干扰对齐方法和干扰对齐装置，用于提高在中低信噪比时的传输性能。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：

本发明第一方面提供了一种干扰对齐方法，包括：

计算使得和速率最大化的L个用户设备的预编码矩阵，其中，上述和速率是指上述L个用户设备与各自基站间的传输链路能够支持的最大传输速率的和；

分别将上述L个用户设备的预编码矩阵分配给上述L个用户设备各自的基站，以便基站使用分配到的预编码矩阵向上述基站服务的用户设备传输数据，和/或，分别将上述L个用户设备的预编码矩阵分配给相应的用户设备，以便用户设备使用分配到的预编码矩阵向各自的基站传输数据。

基于本发明第一方面，在第一种可能的实现方式中，

若第一用户设备的基站将一次向上述第一用户设备传输两个以上数据包，则，

上述计算使得和速率最大化的L个用户设备的预编码矩阵之前，包括：

将上述第一用户设备等效为S个虚拟用户设备，使得上述L个用户设备包含上述S个虚拟用户设备，其中，上述第一用户设备为需要进行干扰对齐的其中一个用户设备，上述S等于上述第一用户设备的基站将一次向上述第一用户设备传输的数据包的数目；

上述分别将上述L个用户设备的预编码矩阵分配给上述L个用户设备各自的基站，包括：

将使得和速率最大化的上述S个虚拟用户设备的预编码矩阵合并后分配给上述第一用户设备的基站；

上述分别将上述L个用户设备的预编码矩阵分配给相应的用户设备，包括：

将使得和速率最大化的上述S个虚拟用户设备的预编码矩阵合并后分配给上述第一用户设备。

基于本发明第一方面，或者本发明第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，上述计算使得和速率最大化的L个用户设备的预编码矩阵，具体为：

通过梯度下降算法计算使得和速率最大化的L个用户设备的预编码矩阵。

基于本发明第一方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，上述通过梯度下降算法，计算使得和速率最大化的L个用户设备的预编码矩阵，包括：

初始化步长值t以及上述L个用户设备的预编码矩阵；

通过第一公式计算和速率，其中，上述第一公式为：

$R_{\mathrm{\Σ}}=\underset{k=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{R}_k=\underset{k=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\log (1+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{kk}}{V}_k^H{H}_{{\mathrm{k\β}}_k}^H{\mathrm{\Π}}_k^{-1}{H}_{{\mathrm{k\β}}_k}{V}_k);$

通过第二公式分别计算R_Σ关于上述L个用户设备的预编码矩阵的共轭梯度

R_Σ，上述第二公式为：

${\▿}_{V_i^{*}}{R}_{\mathrm{\Σ}}=(\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ii}}({\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{ii}}-{\left|\right|V_i\left|\right|}_{{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{ii}}}^{2}I)}{\ln 2{\left|\right|V_i\left|\right|}_{I+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ii}}{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{ii}}}^2}-\underset{k\≠i}{\mathrm{\Σ}}\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ki}}{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{kk}}}{\ln 2}\frac{{\mathrm{\Ω}}_{\mathrm{ki}}-\frac{{\left|\right|V_i\left|\right|}_{{\mathrm{\Ω}}_{\mathrm{ki}}}^2}{{\left|\right|V_i\left|\right|}_{I+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ki}}{\mathrm{\Ψ}}_{\mathrm{ki}}}^2}(I+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ki}}{\mathrm{\Ψ}}_{\mathrm{ki}})}{{\left|\right|V_i\left|\right|}_{I+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{kk}}{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{ki}}}^2{\left|\right|V_i\left|\right|}_{I+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ki}}{\mathrm{\Ψ}}_{\mathrm{ki}}}^2-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ki}}{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{kk}}{\left|\right|V_i\left|\right|}_{{\mathrm{\Ω}}_{\mathrm{ki}}}^2})V_i,$ 在上述第一公式和上述第二公式中，1≤i≤L，V_k表示用户设备k的预编码矩阵，β_k表示用户设备k所对应的基站，表示从基站β_k到用户设备k所经历的信道衰落，为V_k的共轭转置矩阵，

为

的共轭转置矩阵，

${\mathrm{\Π}}_k=\underset{l\≠k}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{kl}}{H}_{{\mathrm{k\β}}_l}{V}_l{V}_l^H{H}_{{\mathrm{k\β}}_l}^H+I,$ ${\mathrm{\Π}}_{\mathrm{ki}}=\underset{l\≠k,i}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{kl}}{H}_{{\mathrm{k\β}}_l}{V}_l{V}_l^H{H}_{{\mathrm{k\β}}_l}^H+I,$ ${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{ki}}=H_{{\mathrm{k\β}}_k}^H{\mathrm{\Π}}_{\mathrm{ki}}^{-1}{H}_{{\mathrm{k\β}}_k},$

${\mathrm{\Ψ}}_{\mathrm{ki}}=H_{{\mathrm{k\β}}_i}^H{\mathrm{\Π}}_{\mathrm{ki}}^{-1}{H}_{{\mathrm{k\β}}_i},$ ${\mathrm{\Ω}}_{\mathrm{ki}}=H_{{\mathrm{k\β}}_i}^H{\mathrm{\Π}}_{\mathrm{ki}}^{-1}{H}_{{\mathrm{k\β}}_k}{V}_k{V}_k^H{H}_{{\mathrm{k\β}}_k}^H{\mathrm{\Π}}_{\mathrm{ki}}^{-1}{H}_{{\mathrm{k\β}}_i},$ 其中，P_k为基站β_k的发射功率，σ_k为协方差，I为单位矩阵；

令 $V_i^{\text{'}}=V_i+t{\▿}_{V_i^{*}}{R}_{\mathrm{\Σ}};$

将{V_i′:i=1,2,...,L}代入上述第一公式中计算R'_Σ；

若R'_Σ减去R_Σ的差值不小于预置门限值，则：令V_i=V_i′，R_Σ=R′_Σ，t=(1+α)t，之后重复执行通过第二公式分别计算R_Σ关于上述L个用户设备的预编码矩阵的共轭梯度

及其后续步骤，其中，上述α∈(0,1)；

若R'_Σ减去R_Σ的差值小于上述预置门限值，则：令t=(1-α)t；

判断当前t的取值是否大于预置最小步长值；

若当前t的取值大于上述预置最小步长值，则重复执行上述令

及其后续步骤；

若当前t的取值不大于上述预置最小步长值，则将当前的{V_i:i=1,2,...,L}确定为使得和速率最大化的L个用户设备的预编码矩阵。

基于本发明第一方面或者本发明第一方面的第一种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，

上述计算使得和速率最大化的L个用户设备的预编码矩阵，具体为：

通过最小二乘法计算使得和速率最大化的L个用户设备的预编码矩阵。

本发明第二方面提供了一种干扰对齐装置，包括：

计算单元，用于计算使得和速率最大化的L个用户设备的预编码矩阵，其中，上述和速率是指上述L个用户设备与各自基站间的传输链路能够支持的最大传输速率的和；

分配单元，用于分别将上述L个用户设备的预编码矩阵分配给上述L个用户设备各自的基站，以便基站使用分配到的预编码矩阵向上述基站服务的用户设备传输数据，和/或，分别将上述L个用户设备的预编码矩阵分配给相应的用户设备，以便用户设备使用分配到的预编码矩阵向各自的基站传输数据。

基于本发明第二方面，在第一种可能的实现方式中，

若第一用户设备的基站将一次向上述第一用户设备传输两个以上数据包，则，上述计算单元计算的使得和速率最大化的L个用户设备中包含等效上述第一用户设备的S个虚拟用户设备，其中，上述第一用户设备为需要进行干扰对齐的其中一个用户设备，上述S等于上述第一用户设备的基站将一次向上述第一用户设备传输的数据包的数目；

上述分配单元具体用于：将使得和速率最大化的上述S个虚拟用户设备的预编码矩阵合并后分配给上述第一用户设备的基站和/或上述第一用户设备。

基于本发明第二方面，或者本发明第二方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，上述计算单元具体用于：通过梯度下降算法计算使得和速率最大化的L个用户设备的预编码矩阵。

基于本发明第二方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，

上述计算单元，包括：

初始化单元，用于初始化步长值t以及上述L个用户设备的预编码矩阵；

第一子计算单元，用于通过第一公式计算和速率，其中，上述第一公式为： $R_{\mathrm{\Σ}}=\underset{k=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{R}_k=\underset{k=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\log (1+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{kk}}{V}_k^H{H}_{{\mathrm{k\β}}_k}^H{\mathrm{\Π}}_k^{-1}{H}_{{\mathrm{k\β}}_k}{V}_k);$

第二子计算单元，用于通过第二公式分别计算R_Σ关于上述L个用户设备的预编码矩阵的共轭梯度

上述第二公式为：

${\▿}_{V_i^{*}}{R}_{\mathrm{\Σ}}=(\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ii}}({\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{ii}}-{\left|\right|V_i\left|\right|}_{{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{ii}}}^{2}I)}{\ln 2{\left|\right|V_i\left|\right|}_{I+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ii}}{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{ii}}}^2}-\underset{k\≠i}{\mathrm{\Σ}}\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ki}}{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{kk}}}{\ln 2}\frac{{\mathrm{\Ω}}_{\mathrm{ki}}-\frac{{\left|\right|V_i\left|\right|}_{{\mathrm{\Ω}}_{\mathrm{ki}}}^2}{{\left|\right|V_i\left|\right|}_{I+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ki}}{\mathrm{\Ψ}}_{\mathrm{ki}}}^2}(I+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ki}}{\mathrm{\Ψ}}_{\mathrm{ki}})}{{\left|\right|V_i\left|\right|}_{I+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{kk}}{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{ki}}}^2{\left|\right|V_i\left|\right|}_{I+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ki}}{\mathrm{\Ψ}}_{\mathrm{ki}}}^2-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ki}}{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{kk}}{\left|\right|V_i\left|\right|}_{{\mathrm{\Ω}}_{\mathrm{ki}}}^2})V_i,$ 在上述第一公式和上述第二公式中，1≤i≤L，V_k表示用户设备k的预编码矩阵，β_k表示用户设备k所对应的基站，表示从基站β_k到用户设备k所经历的信道衰落，

为V_k的共轭转置矩阵，

为

的共轭转置矩阵，

${\mathrm{\Π}}_k=\underset{l\≠k}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{kl}}{H}_{{\mathrm{k\β}}_l}{V}_l{V}_l^H{H}_{{\mathrm{k\β}}_l}^H+I,$ ${\mathrm{\Π}}_{\mathrm{ki}}=\underset{l\≠k,i}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{kl}}{H}_{{\mathrm{k\β}}_l}{V}_l{V}_l^H{H}_{{\mathrm{k\β}}_l}^H+I,$ ${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{ki}}=H_{{\mathrm{k\β}}_k}^H{\mathrm{\Π}}_{\mathrm{ki}}^{-1}{H}_{{\mathrm{k\β}}_k},$

${\mathrm{\Ψ}}_{\mathrm{ki}}=H_{{\mathrm{k\β}}_i}^H{\mathrm{\Π}}_{\mathrm{ki}}^{-1}{H}_{{\mathrm{k\β}}_i},$ ${\mathrm{\Ω}}_{\mathrm{ki}}=H_{{\mathrm{k\β}}_i}^H{\mathrm{\Π}}_{\mathrm{ki}}^{-1}{H}_{{\mathrm{k\β}}_k}{V}_k{V}_k^H{H}_{{\mathrm{k\β}}_k}^H{\mathrm{\Π}}_{\mathrm{ki}}^{-1}{H}_{{\mathrm{k\β}}_i},$ 其中，P_k为基站β_k的发射功率，σ_k为协方差，I为单位矩阵；

第三子计算单元，用于令

将{V_i′:i=1,2,...,N}代入上述第一公式中计算R'_Σ；

赋值单元，用于当上述第三子计算单元计算得到的R'_Σ减去R_Σ的差值不小于预置门限值时，令V_i=V_i′，R_Σ=R′_Σ，t=(1+α)t，并触发上述第二子计算单元和上述第三子计算单元；

上述赋值单元，还用于当上述第三子计算单元计算得到的R'_Σ减去R_Σ的差值不小于上述预置门限值时，令t=(1-α)t，并触发判断单元；

上述判断单元用于：判断当前t的取值是否大于预置最小步长值；

上述第三子计算单元和上述赋值单元在上述判断单元的判断结果为是时触发；

确定单元，用于当上述判断单元的判断结果为否时，将当前的{V_i:i=1,2,...,L}确定为使得和速率最大化的L个用户设备的预编码矩阵。

基于本发明第二方面，或者本发明第二方面的第一种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，上述计算单元具体用于：通过最小二乘法计算使得和速率最大化的L个用户设备的预编码矩阵。

由上可见，在本发明实施例中将用户设备的预编码矩阵对和速率的影响分离，通过计算使得和速率最大化的用户设备的预编码矩阵，使得基站在使用计算得到的预编码矩阵向该用户设备传输数据时能够最大化和速率，从而有效提高了中低信噪比时的传输性能。另外，本发明实施提供的方案不需要发射端和接收端配备同样多的天线，保证了方案的灵活性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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他的附图。

图1为本发明提供的一种蜂窝通信系统的网络架构示意图；

图2为本发明提供的一种干扰对齐方法一个实施例流程示意图；

图3为本发明提供的一种干扰对齐方法另一个实施例流程示意图；

图4为本发明提供的一种干扰对齐方法再一个实施例流程示意图；

图5为本发明提供的一种干扰对齐装置一个实施例结构示意图；

图6为本发明提供的一种干扰对齐装置另一个实施例结构示意图；

图7为本发明提供的一种干扰对齐装置再一个实施例结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种干扰对齐方法和干扰对齐装置。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

首先对本发明实施例中的方案的设计思想进行介绍。

以蜂窝通信系统为例，其网络架构可以参照图1所示，包括基站101和UE102，考虑一个下行传输的场景，假设蜂窝通信系统中有C个基站和K个用户。基站c配备N_c根天线，而用户设备k配备M_k根天线。我们假设基站向各自的用户设备各发射一个数据包，于是在用户设备k处接收到的信号可以表示为：

其中，V_k为

行1列的复向量，V_k表示的是基站B_k发给用户设备k的数据x_k所对应的预编码矩阵，基站β_k表示用户设备k所对应的基站。H_kc为M_k行N_c列的复向量，H_kc表示从基站c到用户设备k所经历的信道衰落。V_k假设是归一化的，即

假设基站以P_k的功率发射数据包x_k，即E(|x_k|²)=P_k。则

V_kx_k表示在用户设备k处需要进行检测的有用信号，而

表示用户设备k受到的干扰，n_k为用户设备k本地的白高斯热噪声，均值为0，协方差矩阵为

在每个用户设备处，用户设备将干扰和白高斯热噪声等效为有色高斯噪声，即：

n′_k的数学期望易知为0，而其协方差矩阵：

${\mathrm{\σ}}_k^2{\mathrm{\Π}}_k=\frac{1}{2}E\left(n_k^{\text{'}}{n}_k^{\text{'}H}\right)={\mathrm{\σ}}_k^2(\underset{l\≠k}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{kl}}{H}_{{\mathrm{k\β}}_l}{V}_l{V}_l^H{H}_{{\mathrm{k\β}}_l}^H+I)$

其中， ${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{kl}}=P_l/{\mathrm{\σ}}_k^2.$

根据多输入多输出（MIMO ，Multiple-Input Multiple-Out-put）信道的容量公式可知，此时用户设备k与基站β_k间的传输链路的可达传输速率（即最大传输速率）为： $R_k=\log (1+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{kk}}{V}_k^H{H}_{{\mathrm{k\β}}_k}^H{\mathrm{\Π}}_k^{-1}{H}_{{\mathrm{k\β}}_k}{V}_k);$

而总可达速率为： $R_{\mathrm{\Σ}}=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{R}_k=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}\log (1+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{kk}}{V}_k^H{H}_{{\mathrm{k\β}}_k}^H{\mathrm{\Π}}_k^{-1}{H}_{{\mathrm{k\β}}_k}{V}_k).$

考虑某一个用户设备i所采用的预编码矩阵对于总可达速率的影响，得到公式1：

$R_{\mathrm{\Σ}}=\log (1+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ii}}{V}_i^H{H}_{{\mathrm{i\β}}_i}^H{\mathrm{\Π}}_i^{-1}{H}_{{\mathrm{i\β}}_i}{V}_i)+\underset{k\≠i}{\mathrm{\Σ}}\log (1+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{kk}}{V}_k^H{H}_{{\mathrm{k\β}}_k}^H{({\mathrm{\Π}}_{\mathrm{ki}}+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ki}}{H}_{{\mathrm{k\β}}_i}{V}_i{V}_i^H{H}_{{\mathrm{k\β}}_i}^H)}^{-1}{H}_{{\mathrm{k\β}}_k}{V}_k)$

其中，公式1中的

显然Π_ki和V_i是独立的。

用Morrison-Sherman-Woodbury对公式1展开得到公式2：

$R_{\mathrm{\Σ}}=\log (1+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ii}}{V_i^{H}H}_{{\mathrm{i\β}}_i}^H{\mathrm{\Π}}_i^{-1}{H}_{{\mathrm{i\β}}_i}{V}_i)$

$+\underset{k\≠i}{\mathrm{\Σ}}\log (1+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{kk}}{V}_k^H{H}_{{\mathrm{k\β}}_k}^H{\mathrm{\Π}}_{\mathrm{ki}}^{-1}{H}_{{\mathrm{k\β}}_k}{V}_k-\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ki}}{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{kk}}{V}_i^H{H}_{{\mathrm{k\β}}_i}^H{\mathrm{\Π}}_{\mathrm{ki}}^{-1}{H}_{{\mathrm{k\β}}_k}{V}_k{V}_k^H{H}_{{\mathrm{k\β}}_k}^H{\mathrm{\Π}}_{\mathrm{ki}}^{-1}{H}_{{\mathrm{k\β}}_i}{V}_i}{1+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ki}}{V}_i^H{H}_{{\mathrm{k\β}}_i}^H{\mathrm{\Π}}_{\mathrm{ki}}^{-1}{H}_{{\mathrm{k\β}}_i}{V}_i})$

定义 ${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{ki}}=H_{{\mathrm{k\β}}_k}^H{\mathrm{\Π}}_{\mathrm{ki}}^{-1}{H}_{{\mathrm{k\β}}_k},$ ${\mathrm{\Ψ}}_{\mathrm{ki}}=H_{{\mathrm{k\β}}_i}^H{\mathrm{\Π}}_{\mathrm{ki}}^{-1}{H}_{{\mathrm{k\β}}_i},$ ${\mathrm{\Ω}}_{\mathrm{ki}}=H_{{\mathrm{k\β}}_i}^H{\mathrm{\Π}}_{\mathrm{ki}}^{-1}{H}_{{\mathrm{k\β}}_k}{V}_k{V}_k^H{H}_{{\mathrm{k\β}}_k}^H{\mathrm{\Π}}_{\mathrm{ki}}^{-1}{H}_{{\mathrm{k\β}}_i},$ 则公式2简化为公式3：

$R_{\mathrm{\Σ}}=\log (1+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ii}}{V}_i^H{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{ii}}{V}_i)+\underset{k\≠i}{\mathrm{\Σ}}\log (1+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{kk}}{V}_k^H{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{ki}}{V}_k-\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ki}}{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{kk}}{V}_i^H{\mathrm{\Ω}}_{\mathrm{ki}}{V}_i}{1+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ki}}{V}_i^H{\mathrm{\Ψ}}_{\mathrm{ki}}{V}_i}).$

从公式3中可以看到用户设备i的信号对于总可达速率的影响体现在两个地方。首先第一项

反映了在用户设备i处的信号与干扰加噪声比（SINR，Signal to Interference plus Noise Ratio）。而

则反映的是由于用户设备i的信号而导致其他用户设备处SINR的降低。所以V_i的设计应当同时兼顾这两方面。

需要说明的是，上面描述是以基站向各自的用户设备各发射一个数据包为例进行说明，如果基站给某个用户设备一次发送多个数据包的时候，我们可以把用户设备等效为多个虚拟用户设备，将基站给一个用户设备发送多个数据包虚拟为基站给每个虚拟用户设备发送一个数据包，例如，假设基站给用户设备k一次发送s个数据包，则把用户设备k等效为s个虚拟用户设备，那么，基站到这s个虚拟用户设备的信道衰落等于该基站到用户设备k的信道衰落。

下面对本发明实施例中的干扰对齐方法进行描述，以下行场景为例，请参阅图2，本发明实施例中的干扰对齐方法，包括：

201、计算使得和速率最大化的L个UE的预编码矩阵；

其中，上述和速率是指上述L个UE与各自基站间的传输链路能够支持的最大传输速率的和，即前述的总可达速率。

在本发明实施例中，将和速率看作各个UE的预编码矩阵的函数去做优化，使得和速率最大化。本发明实施例的一种实现方式中，可以通过梯度下降算法计算使得和速率最大化的L个UE的预编码矩阵，在本发明实施例的另一种实现方式中，也可以通过最小二乘法计算使得和速率最大化的L个UE的预编码矩阵，当然，本发明实施例也可以通过其它算法来求得使和速率最大化的L个UE的预编码矩阵，此处不作限定。

202、分别将上述L个UE的预编码矩阵分配给L个UE各自的基站，以便基站使用分配到的预编码矩阵向该基站服务的UE传输数据；

在步骤101中，当求得L个UE的预编码矩阵，干扰对齐装置分别将得到的L个UE的预编码矩阵分配给L个UE各自的基站，举例说明，假设L为4，即存在UE1、UE2、UE3和UE4，UE1对应的基站为B1，UE2对应的基站为B2，UE3对应的基站为B3，UE4对应的基站为B4，则在步骤101中，可求得V₁、V₂、V₃和V₄，其中，V₁、V₂、V₃和V₄分别表示使得和速率（即UE1与B1间的传输链路的传输速率、UE2与B2间的传输链路的传输速率、UE3与B3间的传输链路的传输速率、以及UE4与B4间的传输链路的传输速率这四者之和）最大化的UE1的预编码矩阵、UE2的预编码矩阵、UE3的预编码矩阵和UE4的预编码矩阵。之后干扰对齐装置将步骤101求得的UE1的预编码矩阵分配给B1，将UE2的预编码矩阵分配给B2，将UE3的预编码矩阵分配给B3，将UE4的预编码矩阵分配给B4，以便B1、B2、B3和B4分别使用分配到的预编码向各自的UE（即UE1、UE2、UE3和UE4）传输数据。

在一种应用场景中，若第一用户设备的基站将一次向该第一用户设备传输两个以上数据包，则，在步骤201之前，可先将上述第一用户设备的等效为S个虚拟用户设备，使得步骤201中的L个用户设备中包含上述S个虚拟用户设备，其中，上述第一用户设备为需要进行干扰对齐的其中一个用户设备（即应用本发明实施例中的干扰对齐方法的其中一个用户设备），上述S等于上述第一用户设备的基站将一次向上述第一用户设备传输的数据包的数目；则在步骤202中，干扰对齐装置将步骤201中计算得到的使得和速率最大化的上述S个虚拟用户设备的预编码矩阵合并后分配给上述第一用户设备的基站。

需要说明的是，本发明实施例中的干扰对齐装置可以集成在发射机中，上述发射机例如可以是基站或者中继站或者也可以是基站与中继站的组合，当然，本发明实施例中的干扰对齐装置也可以是独立于发射机的装置，此处不作限定。

由上可见，在本发明实施例中将用户设备的预编码矩阵对和速率的影响分离，通过计算使得和速率最大化的用户设备的预编码矩阵，使得基站在使用计算得到的预编码矩阵向该用户设备传输数据时能够最大化和速率，从而有效提高了中低信噪比时的传输性能。另外，本发明实施提供的方案不需要发射端和接收端配备同样多的天线，保证了方案的灵活性。

下面对本发明实施例中的干扰对齐方法进行描述，以上行场景为例，请参阅图3，本发明实施例中的干扰对齐方法，包括：

301、计算使得和速率最大化的L个UE的预编码矩阵；

其中，上述和速率是指上述L个UE与各自基站间的传输链路能够支持的最大传输速率的和，即前述的总可达速率。

在本发明实施例中，将和速率看作各个UE的预编码矩阵的函数去做优化，使得和速率最大化。本发明实施例的一种实现方式中，可以通过梯度下降算法计算使得和速率最大化的L个UE的预编码矩阵，在本发明实施例的另一种实现方式中，也可以通过最小二乘法计算使得和速率最大化的L个UE的预编码矩阵，当然，本发明实施例也可以通过其它算法来求得使和速率最大化的L个UE的预编码矩阵，此处不作限定。

302、分别将上述L个UE的预编码矩阵分配给相应的UE，以便UE使用分配到的预编码矩阵向各自的基站传输数据；

在步骤101中，当求得L个UE的预编码矩阵，干扰对齐装置分别将得到的L个UE的预编码矩阵分配给相应的UE，举例说明，假设L为4，即存在UE1、UE2、UE3和UE4，UE1对应的基站为B1，UE2对应的基站为B2，UE3对应的基站为B3，UE4对应的基站为B4，则在步骤101中，可求得V₁、V₂、V₃和V₄，其中，V₁、V₂、V₃和V₄分别表示使得和速率（即UE1与B1间的传输链路的传输速率、UE2与B2间的传输链路的传输速率、UE3与B3间的传输链路的传输速率、以及UE4与B4间的传输链路的传输速率这四者之和）最大化的UE1的预编码矩阵、UE2的预编码矩阵、UE3的预编码矩阵和UE4的预编码矩阵。之后干扰对齐装置将步骤101求得的UE1的预编码矩阵分配给UE1，将UE2的预编码矩阵分配给UE2，将UE3的预编码矩阵分配给UE3，将UE4的预编码矩阵分配给UE4，以便UE1、UE2、UE3和UE4分别使用分配到的预编码向各自的基站（即B1、B2、B3和B4）传输数据。

在一种应用场景中，若第一用户设备的基站将一次向该第一用户设备传输两个以上数据包，则，在步骤301之前，可先将上述第一用户设备的等效为S个虚拟用户设备，使得步骤301中的L个用户设备中包含上述S个虚拟用户设备，其中，上述第一用户设备为需要进行干扰对齐的其中一个用户设备（即应用本发明实施例中的干扰对齐方法的其中一个用户设备），上述S等于上述第一用户设备的基站将一次向上述第一用户设备传输的数据包的数目；则在步骤302中，干扰对齐装置将步骤301中计算得到的使得和速率最大化的上述S个虚拟用户设备的预编码矩阵合并后分配给上述第一用户设备。

需要说明的是，本发明实施例中的干扰对齐装置可以集成在发射机中，上述发射机例如可以是基站或者中继站或者也可以是基站与中继站的组合，当然，本发明实施例中的干扰对齐装置也可以是独立于发射机的装置，此处不作限定。

由上可见，在本发明实施例中将用户设备的预编码矩阵对和速率的影响分离，通过计算使得和速率最大化的用户设备的预编码矩阵，使得基站在使用计算得到的预编码矩阵向该用户设备传输数据时能够最大化和速率，从而有效提高了中低信噪比时的传输性能。另外，本发明实施提供的方案不需要发射端和接收端配备同样多的天线，保证了方案的灵活性。

需要说明的是，图1和图2所示实施例是分别是上下行场景为例进行说明，在本发明实施例中，干扰对齐装置在求得使得和速率最大化的L个UE的预编码矩阵之后，也可以将上述L个UE的预编码矩阵同时发送给相应的UE以及相应UE的基站。

下面以一具体应用场景，对本发明实施例中的干扰对齐方法进行描述，请参阅图4，本发明实施例中的干扰对齐方法，包括：

401、初始化步长值t以及L个用户设备的预编码矩阵。

402、通过第一公式计算和速率R_Σ；

其中，上述第一公式为： $R_{\mathrm{\Σ}}=\underset{k=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{R}_k=\underset{k=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\log (1+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{kk}}{V}_k^H{H}_{{\mathrm{k\β}}_k}^H{\mathrm{\Π}}_k^{-1}{H}_{{\mathrm{k\β}}_k}{V}_k).$

其中，V_k表示用户设备k的预编码矩阵，β_k表示用户设备k所对应的基站，表示从基站β_k到用户设备k所经历的信道衰落，

为V_k的共轭转置矩阵，为

的共轭转置矩阵，

P_k为基站β_k的发射功率，σ_k为协方差， ${\mathrm{\Π}}_k=\underset{l\≠k}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{kl}}{H}_{{\mathrm{k\β}}_l}{V}_l{V}_l^H{H}_{{\mathrm{k\β}}_l}^H+I,$ ${\mathrm{\Π}}_{\mathrm{ki}}=\underset{l\≠k,i}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{kl}}{H}_{{\mathrm{k\β}}_l}{V}_l{V}_l^H{H}_{{\mathrm{k\β}}_l}^H+I,$ I为单位矩阵。

403、通过第二公式分别计算R_Σ关于L个用户设备的预编码矩阵的共轭梯度

其中，上述第二公式为：

${\▿}_{V_i^{*}}{R}_{\mathrm{\Σ}}=(\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ii}}({\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{ii}}-{\left|\right|V_i\left|\right|}_{{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{ii}}}^{2}I)}{\ln 2{\left|\right|V_i\left|\right|}_{I+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ii}}{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{ii}}}^2}-\underset{k\≠i}{\mathrm{\Σ}}\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ki}}{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{kk}}}{\ln 2}\frac{{\mathrm{\Ω}}_{\mathrm{ki}}-\frac{{\left|\right|V_i\left|\right|}_{{\mathrm{\Ω}}_{\mathrm{ki}}}^2}{{\left|\right|V_i\left|\right|}_{I+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ki}}{\mathrm{\Ψ}}_{\mathrm{ki}}}^2}(I+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ki}}{\mathrm{\Ψ}}_{\mathrm{ki}})}{{\left|\right|V_i\left|\right|}_{I+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{kk}}{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{ki}}}^2{\left|\right|V_i\left|\right|}_{I+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ki}}{\mathrm{\Ψ}}_{\mathrm{ki}}}^2-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ki}}{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{kk}}{\left|\right|V_i\left|\right|}_{{\mathrm{\Ω}}_{\mathrm{ki}}}^2})V_i.$

其中，1≤i≤L，V_i表示用户设备i的预编码矩阵，β_k表示用户设备k所对应的基站，

表示从基站β_k到用户设备k所经历的信道衰落，

为V_k的共轭转置矩阵，

为

的共轭转置矩阵，

${\mathrm{\Π}}_k=\underset{l\≠k}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{kl}}{H}_{{\mathrm{k\β}}_l}{V}_l{V}_l^H{H}_{{\mathrm{k\β}}_l}^H+I,$ ${\mathrm{\Π}}_{\mathrm{ki}}=\underset{l\≠k,i}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{kl}}{H}_{{\mathrm{k\β}}_l}{V}_l{V}_l^H{H}_{{\mathrm{k\β}}_l}^H+I,$ ${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{ki}}=H_{{\mathrm{k\β}}_k}^H{\mathrm{\Π}}_{\mathrm{ki}}^{-1}{H}_{{\mathrm{k\β}}_k},$

${\mathrm{\Ψ}}_{\mathrm{ki}}=H_{{\mathrm{k\β}}_i}^H{\mathrm{\Π}}_{\mathrm{ki}}^{-1}{H}_{{\mathrm{k\β}}_i},$ ${\mathrm{\Ω}}_{\mathrm{ki}}=H_{{\mathrm{k\β}}_i}^H{\mathrm{\Π}}_{\mathrm{ki}}^{-1}{H}_{{\mathrm{k\β}}_k}{V}_k{V}_k^H{H}_{{\mathrm{k\β}}_k}^H{\mathrm{\Π}}_{\mathrm{ki}}^{-1}{H}_{{\mathrm{k\β}}_i},$ 其中，P_k为基站β_k的发射功率，σ_k为协方差，I为单位矩阵。

404、令

将{V_i′:i=1,2,...,L}代入上述第一公式中计算R'_Σ；

在步骤402中，可以得到R_Σ关于每个用户设备的预编码矩阵的共轭梯度，对于每个用户设备，干扰对齐装置令可得到一组V′，即{V_i′:i=1,2,...,L}，分别对应于L个用户设备，干扰对齐装置将{V_i′:i=1,2,...,L}代入上述第一公式中，求得R'_Σ。

若R'_Σ减去R_Σ的差值不小于预置门限值，则执行步骤405，若R'_Σ减去R_Σ的差值小于预置门限值，则执行步骤406。

405、令V_i=V_i′，R_Σ=R′_Σ，t=(1+α)t，返回步骤403。

406、令t=(1-α)t，执行步骤407。

407、判断当前t的取值是否大于预置最小步长值；

若当前t的取值大于该预置最小步长值，则返回步骤404；

若当前t的取值不大于该预置最小步长值，则执行步骤408。

408、将当前的{V_i:i=1,2,...,L}确定为使得和速率最大化的L个用户设备的预编码矩阵。

409、分别将L个用户设备的预编码矩阵分配给L个用户设备各自的基站；

干扰对齐装置将步骤408中确定的使得和速率最大化的L个用户设备的预编码矩阵分别分配给L个用户设备各自的基站，以使基站使用分配到的预编码矩阵向该基站服务的用户设备传输数据。

需要说明的是，本发明实施例是以下行场景为例进行说明，本发明实施例中的同样适用于上行场景中，只需要将步骤409替换为“分别将L个用户设备的预编码矩阵分配给相应的用户设备”或者，在步骤408之后新增步骤“分别将L个用户设备的预编码矩阵分配给相应的用户设备”即可。

需要说明的是，本发明实施例中的干扰对齐装置可以集成在发射机中，上述发射机例如可以是基站或者中继站或者也可以是基站与中继站的组合，当然，本发明实施例中的干扰对齐装置也可以是独立于发射机的装置，此处不作限定。

由上可见，在本发明实施例中将用户设备的预编码矩阵对和速率的影响分离，通过计算使得和速率最大化的用户设备的预编码矩阵，使得基站在使用计算得到的预编码矩阵向该用户设备传输数据时能够最大化和速率，从而有效提高了中低信噪比时的传输性能。另外，本发明实施提供的方案不需要发射端和接收端配备同样多的天线，保证了方案的灵活性。

下面对本发明实施例提供的一种干扰对齐装置进行描述，请参阅图5，本发明实施例中的干扰对齐装置500，包括：

计算单元501，用于计算使得和速率最大化的L个用户设备的预编码矩阵，其中，上述和速率是指上述L个用户设备与各自基站间的传输链路能够支持的最大传输速率的和；

分配单元502，用于分别将计算单元501计算得到的L个用户设备的预编码矩阵分配给上述L个用户设备各自的基站，以便基站使用分配到的预编码矩阵向该基站服务的用户设备传输数据，和/或，分别将计算单元501计算得到的L个用户设备的预编码矩阵分配给相应的用户设备，以便用户设备使用分配到的预编码矩阵向各自的基站传输数据。

在本发明实施例中，将和速率看作各个UE的预编码矩阵的函数去做优化，使得和速率最大化。本发明实施例的一种实现方式中，计算单元501可以通过梯度下降算法计算使得和速率最大化的L个UE的预编码矩阵，在本发明实施例的另一种实现方式中，计算单元501也可以通过最小二乘法计算使得和速率最大化的L个UE的预编码矩阵，当然，计算单元501也可以通过其它算法来求得使和速率最大化的L个UE的预编码矩阵，此处不作限定。

具体地，若通过梯度下降算法计算使得和速率最大化的L个UE的预编码矩阵，则在图5所示实施例的基础上，如图6所示的干扰对齐装置600，计算单元501具体可以包括：

初始化单元5011，用于初始化步长值t以及上述L个用户设备的预编码矩阵；

第一子计算单元5012，用于通过第一公式计算和速率R_Σ，其中，上述第一公式为： $R_{\mathrm{\Σ}}=\underset{k=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{R}_k=\underset{k=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\log (1+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{kk}}{V}_k^H{H}_{{\mathrm{k\β}}_k}^H{\mathrm{\Π}}_k^{-1}{H}_{{\mathrm{k\β}}_k}{V}_k);$

第二子计算单元4013，用于通过第二公式分别计算R_Σ关于上述L个用户设备的预编码矩阵的共轭梯度

上述第二公式为：

${\▿}_{V_i^{*}}{R}_{\mathrm{\Σ}}=(\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ii}}({\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{ii}}-{\left|\right|V_i\left|\right|}_{{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{ii}}}^{2}I)}{\ln 2{\left|\right|V_i\left|\right|}_{I+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ii}}{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{ii}}}^2}-\underset{k\≠i}{\mathrm{\Σ}}\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ki}}{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{kk}}}{\ln 2}\frac{{\mathrm{\Ω}}_{\mathrm{ki}}-\frac{{\left|\right|V_i\left|\right|}_{{\mathrm{\Ω}}_{\mathrm{ki}}}^2}{{\left|\right|V_i\left|\right|}_{I+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ki}}{\mathrm{\Ψ}}_{\mathrm{ki}}}^2}(I+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ki}}{\mathrm{\Ψ}}_{\mathrm{ki}})}{{\left|\right|V_i\left|\right|}_{I+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{kk}}{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{ki}}}^2{\left|\right|V_i\left|\right|}_{I+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ki}}{\mathrm{\Ψ}}_{\mathrm{ki}}}^2-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ki}}{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{kk}}{\left|\right|V_i\left|\right|}_{{\mathrm{\Ω}}_{\mathrm{ki}}}^2})V_i,$ 在上述第一公式和上述第二公式中，1≤i≤L，V_k表示用户设备k的预编码矩阵，β_k表示用户设备k所对应的基站，

表示从基站β_k到用户设备k所经历的信道衰落，

为V_k的共轭转置矩阵，

为

的共轭转置矩阵，

${\mathrm{\Π}}_k=\underset{l\≠k}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{kl}}{H}_{{\mathrm{k\β}}_l}{V}_l{V}_l^H{H}_{{\mathrm{k\β}}_l}^H+I,$ ${\mathrm{\Π}}_{\mathrm{ki}}=\underset{l\≠k,i}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{kl}}{H}_{{\mathrm{k\β}}_l}{V}_l{V}_l^H{H}_{{\mathrm{k\β}}_l}^H+I,$ ${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{ki}}=H_{{\mathrm{k\β}}_k}^H{\mathrm{\Π}}_{\mathrm{ki}}^{-1}{H}_{{\mathrm{k\β}}_k},$

${\mathrm{\Ψ}}_{\mathrm{ki}}=H_{{\mathrm{k\β}}_i}^H{\mathrm{\Π}}_{\mathrm{ki}}^{-1}{H}_{{\mathrm{k\β}}_i},$ ${\mathrm{\Ω}}_{\mathrm{ki}}=H_{{\mathrm{k\β}}_i}^H{\mathrm{\Π}}_{\mathrm{ki}}^{-1}{H}_{{\mathrm{k\β}}_k}{V}_k{V}_k^H{H}_{{\mathrm{k\β}}_k}^H{\mathrm{\Π}}_{\mathrm{ki}}^{-1}{H}_{{\mathrm{k\β}}_i},$ 其中，P_k为基站β_k的发射功率，σ_k为协方差，I为单位矩阵；

第三子计算单元5014，用于令将{V'_i:i=1,2,...,N}代入上述第一公式中计算R'_Σ；

赋值单元5015，用于当第三子计算单元5014计算得到的R'_Σ减去R_Σ的差值不小于预置门限值时，令V_i=V_i′，R_Σ=R'_Σ，t=(1+α)t，并触发第二子计算单元5013和第三子计算单元5014；用于当第三子计算单元5014计算得到的R'_Σ减去R_Σ的差值不小于上述预置门限值时，令t=(1-α)t，并触发判断单元5016；

判断单元5016用于：判断当前t的取值是否大于预置最小步长值；

其中，第三子计算单元5014和赋值单元5015在判断单元5016的判断结果为是时触发；

确定单元5017，用于当判断单元5016的判断结果为否时，将当前的{V_i:i=1,2,...,L}确定为使得和速率最大化的L个用户设备的预编码矩阵。

在一种应用场景中，若第一用户设备的基站将一次向该第一用户设备传输两个以上数据包，则，计算单元501计算的使得和速率最大化的L个用户设备中包含等效该第一用户设备的S个虚拟用户设备，其中，该第一用户设备为需要进行干扰对齐的其中一个用户设备，上述S等于上述第一用户设备的基站将一次向上述第一用户设备传输的数据包的数目；分配单元502具体用于：在向上述第一用户设备的基站分配预编码矩阵时，将使得和速率最大化的上述S个虚拟用户设备的预编码矩阵合并后分配给上述第一用户设备的基站，和/或在向上述第一用户设备分配预编码矩阵时，将使得和速率最大化的上述S个虚拟用户设备的预编码矩阵合并后分配给上述第一用户设备。

需要说明的是，本发明实施例中干扰对齐装置500和干扰对齐装置600可以如上述方法实施例中的干扰对齐装置，可以用于实现上述方法实施例中的全部技术方案，其具体实现过程可参照上述方法实施例中的相关描述，此处不再赘述。

需要说明的是，本发明实施例中的干扰对齐装置可以集成在发射机中，上述发射机例如可以是基站或者中继站或者也可以是基站与中继站的组合，当然，本发明实施例中的干扰对齐装置也可以是独立于发射机的装置，此处不作限定。

由上可见，在本发明实施例中将用户设备的预编码矩阵对和速率的影响分离，通过计算使得和速率最大化的用户设备的预编码矩阵，使得基站在使用计算得到的预编码矩阵向该用户设备传输数据时能够最大化和速率，从而有效提高了中低信噪比时的传输性能。另外，本发明实施提供的方案不需要发射端和接收端配备同样多的天线，保证了方案的灵活性。

本发明实施例还提供一种计算机存储介质，其中，该计算机存储介质存储有程序，该程序执行包括上述方法实施例中记载的干扰对齐方法的部分或全部布置。

如图7所示，本发明实施例中的干扰对齐装置700，包括：

输入装置701、输出装置702、存储器703以及处理器704（干扰对齐装置的处理器704的数量可以是一个或者多个，图7以一个处理器为例）。在本发明的一些实施例中，输入装置701、输出装置702、存储器703以及处理器704可以通过总线或其它方式连接，如图7所示以通过总线连接为例。

其中，处理器704执行如下步骤：

计算使得和速率最大化的L个用户设备的预编码矩阵，其中，上述和速率是指上述L个用户设备与各自基站间的传输链路能够支持的最大传输速率的和；

分别将上述L个用户设备的预编码矩阵分配给上述L个用户设备各自的基站，以便基站使用分配到的预编码矩阵向上述基站服务的用户设备传输数据，和/或，分别将上述L个用户设备的预编码矩阵分配给相应的用户设备，以便用户设备使用分配到的预编码矩阵向各自的基站传输数据。

需要说明的是，本发明实施例中干扰对齐装置700可以如上述方法实施例中的干扰对齐装置，可以用于实现上述方法实施例中的全部技术方案，其具体实现过程可参照上述方法实施例中的相关描述，此处不再赘述。

需要说明的是，本发明实施例中的干扰对齐装置可以集成在发射机中，上述发射机例如可以是基站或者中继站或者也可以是基站与中继站的组合，当然，本发明实施例中的干扰对齐装置也可以是独立于发射机的装置，此处不作限定。

由上可见，在本发明实施例中将用户设备的预编码矩阵对和速率的影响分离，通过计算使得和速率最大化的用户设备的预编码矩阵，使得基站在使用计算得到的预编码矩阵向该用户设备传输数据时能够最大化和速率，从而有效提高了中低信噪比时的传输性能。另外，本发明实施提供的方案不需要发射端和接收端配备同样多的天线，保证了方案的灵活性。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定都是本发明所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例中的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质例如可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘或光盘等。

以上对本发明所提供的一种干扰对齐方法和干扰对齐装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施例方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种干扰对齐方法，其特征在于，包括：

计算使得和速率最大化的L个用户设备的预编码矩阵，其中，所述和速率是指所述L个用户设备与各自基站间的传输链路能够支持的最大传输速率的和；

分别将所述L个用户设备的预编码矩阵分配给所述L个用户设备各自的基站，以便基站使用分配到的预编码矩阵向所述基站服务的用户设备传输数据，和/或，分别将所述L个用户设备的预编码矩阵分配给相应的用户设备，以便用户设备使用分配到的预编码矩阵向各自的基站传输数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若第一用户设备的基站将一次向所述第一用户设备传输两个以上数据包，则，

所述计算使得和速率最大化的L个用户设备的预编码矩阵之前，包括：

将所述第一用户设备等效为S个虚拟用户设备，使得所述L个用户设备包含所述S个虚拟用户设备，其中，所述第一用户设备为需要进行干扰对齐的其中一个用户设备，所述S等于所述第一用户设备的基站将一次向所述第一用户设备传输的数据包的数目；

所述分别将所述L个用户设备的预编码矩阵分配给所述L个用户设备各自的基站，包括：

将使得和速率最大化的所述S个虚拟用户设备的预编码矩阵合并后分配给所述第一用户设备的基站；

所述分别将所述L个用户设备的预编码矩阵分配给相应的用户设备，包括：

将使得和速率最大化的所述S个虚拟用户设备的预编码矩阵合并后分配给所述第一用户设备。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

所述计算使得和速率最大化的L个用户设备的预编码矩阵，具体为：

通过梯度下降算法计算使得和速率最大化的L个用户设备的预编码矩阵。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

所述通过梯度下降算法，计算使得和速率最大化的L个用户设备的预编码矩阵，包括：

初始化步长值t以及所述L个用户设备的预编码矩阵；

通过第一公式计算和速率，其中，所述第一公式为：

$R_{\mathrm{\Σ}}=\underset{k=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{R}_k=\underset{k=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\log (1+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{kk}}{V}_k^H{H}_{{\mathrm{k\β}}_k}^H{\mathrm{\Π}}_k^{-1}{H}_{{\mathrm{k\β}}_k}{V}_k);$

通过第二公式分别计算R_Σ关于所述L个用户设备的预编码矩阵的共轭梯度

，所述第二公式为：

${\▿}_{V_i^{*}}{R}_{\mathrm{\Σ}}=(\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ii}}({\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{ii}}-{\left|\right|V_i\left|\right|}_{{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{ii}}}^{2}I)}{\ln 2{\left|\right|V_i\left|\right|}_{I+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ii}}{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{ii}}}^2}-\underset{k\≠i}{\mathrm{\Σ}}\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ki}}{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{kk}}}{\ln 2}\frac{{\mathrm{\Ω}}_{\mathrm{ki}}-\frac{{\left|\right|V_i\left|\right|}_{{\mathrm{\Ω}}_{\mathrm{ki}}}^2}{{\left|\right|V_i\left|\right|}_{I+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ki}}{\mathrm{\Ψ}}_{\mathrm{ki}}}^2}(I+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ki}}{\mathrm{\Ψ}}_{\mathrm{ki}})}{{\left|\right|V_i\left|\right|}_{I+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{kk}}{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{ki}}}^2{\left|\right|V_i\left|\right|}_{I+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ki}}{\mathrm{\Ψ}}_{\mathrm{ki}}}^2-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ki}}{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{kk}}{\left|\right|V_i\left|\right|}_{{\mathrm{\Ω}}_{\mathrm{ki}}}^2})V_i,$ 在所述第一公式和所述第二公式中，1≤i≤L，V_k表示用户设备k的预编码矩阵，β_k表示用户设备k所对应的基站，表示从基站β_k到用户设备k所经历的信道衰落，

为V_k的共轭转置矩阵，

为

的共轭转置矩阵，

${\mathrm{\Π}}_k=\underset{l\≠k}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{kl}}{H}_{{\mathrm{k\β}}_l}{V}_l{V}_l^H{H}_{{\mathrm{k\β}}_l}^H+I,$ ${\mathrm{\Π}}_{\mathrm{ki}}=\underset{l\≠k,i}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{kl}}{H}_{{\mathrm{k\β}}_l}{V}_l{V}_l^H{H}_{{\mathrm{k\β}}_l}^H+I,$ ${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{ki}}=H_{{\mathrm{k\β}}_k}^H{\mathrm{\Π}}_{\mathrm{ki}}^{-1}{H}_{{\mathrm{k\β}}_k},$ ${\mathrm{\Ψ}}_{\mathrm{ki}}=H_{{\mathrm{k\β}}_i}^H{\mathrm{\Π}}_{\mathrm{ki}}^{-1}{H}_{{\mathrm{k\β}}_i},$ ${\mathrm{\Ω}}_{\mathrm{ki}}=H_{{\mathrm{k\β}}_i}^H{\mathrm{\Π}}_{\mathrm{ki}}^{-1}{H}_{{\mathrm{k\β}}_k}{V}_k{V}_k^H{H}_{{\mathrm{k\β}}_k}^H{\mathrm{\Π}}_{\mathrm{ki}}^{-1}{H}_{{\mathrm{k\β}}_i},$ 其中，P_k为基站β_k的发射功率，σ_k为协方差，I为单位矩阵；

令 $V_i^{\text{'}}=V_i+t{\▿}_{V_i^{*}}{R}_{\mathrm{\Σ}};$

将{V_i′:i=1,2,...,L}代入所述第一公式中计算R'_Σ；

若R'_Σ减去R_Σ的差值不小于预置门限值，则：令V_i=V_i′，R_Σ=R'_Σ，t=(1+α)t，之后重复执行通过第二公式分别计算R_Σ关于所述L个用户设备的预编码矩阵的共轭梯度

及其后续步骤，其中，所述α∈(0,1)；

若R'_Σ减去R_Σ的差值小于所述预置门限值，则：令t=(1-α)t；

判断当前t的取值是否大于预置最小步长值；

若当前t的取值大于所述预置最小步长值，则重复执行所述令

及其后续步骤；

若当前t的取值不大于所述预置最小步长值，则将当前的{V_i:i=1,2,...,L}确定为使得和速率最大化的L个用户设备的预编码矩阵。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

所述计算使得和速率最大化的L个用户设备的预编码矩阵，具体为：

通过最小二乘法计算使得和速率最大化的L个用户设备的预编码矩阵。

6.一种干扰对齐装置，其特征在于，包括：

计算单元，用于计算使得和速率最大化的L个用户设备的预编码矩阵，其中，所述和速率是指所述L个用户设备与各自基站间的传输链路能够支持的最大传输速率的和；

分配单元，用于分别将所述L个用户设备的预编码矩阵分配给所述L个用户设备各自的基站，以便基站使用分配到的预编码矩阵向所述基站服务的用户设备传输数据，和/或，分别将所述L个用户设备的预编码矩阵分配给相应的用户设备，以便用户设备使用分配到的预编码矩阵向各自的基站传输数据。

7.根据权利要求6所述的干扰对齐装置，其特征在于，

若第一用户设备的基站将一次向所述第一用户设备传输两个以上数据包，则，所述计算单元计算的使得和速率最大化的L个用户设备中包含等效所述第一用户设备的S个虚拟用户设备，其中，所述第一用户设备为需要进行干扰对齐的其中一个用户设备，所述S等于所述第一用户设备的基站将一次向所述第一用户设备传输的数据包的数目；

所述分配单元具体用于：将使得和速率最大化的所述S个虚拟用户设备的预编码矩阵合并后分配给所述第一用户设备的基站和/或所述第一用户设备。

8.根据权利要求6或7所述的干扰对齐装置，其特征在于，

所述计算单元具体用于：通过梯度下降算法计算使得和速率最大化的L个用户设备的预编码矩阵。

9.根据权利要求8所述的干扰对齐装置，其特征在于，

所述计算单元，包括：

初始化单元，用于初始化步长值t以及所述L个用户设备的预编码矩阵；

第一子计算单元，用于通过第一公式计算和速率，其中，所述第一公式为： $R_{\mathrm{\Σ}}=\underset{k=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{R}_k=\underset{k=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\log (1+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{kk}}{V}_k^H{H}_{{\mathrm{k\β}}_k}^H{\mathrm{\Π}}_k^{-1}{H}_{{\mathrm{k\β}}_k}{V}_k);$

第二子计算单元，用于通过第二公式分别计算R_Σ关于所述L个用户设备的预编码矩阵的共轭梯度

所述第二公式为：

${\▿}_{V_i^{*}}{R}_{\mathrm{\Σ}}=(\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ii}}({\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{ii}}-{\left|\right|V_i\left|\right|}_{{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{ii}}}^{2}I)}{\ln 2{\left|\right|V_i\left|\right|}_{I+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ii}}{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{ii}}}^2}-\underset{k\≠i}{\mathrm{\Σ}}\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ki}}{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{kk}}}{\ln 2}\frac{{\mathrm{\Ω}}_{\mathrm{ki}}-\frac{{\left|\right|V_i\left|\right|}_{{\mathrm{\Ω}}_{\mathrm{ki}}}^2}{{\left|\right|V_i\left|\right|}_{I+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ki}}{\mathrm{\Ψ}}_{\mathrm{ki}}}^2}(I+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ki}}{\mathrm{\Ψ}}_{\mathrm{ki}})}{{\left|\right|V_i\left|\right|}_{I+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{kk}}{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{ki}}}^2{\left|\right|V_i\left|\right|}_{I+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ki}}{\mathrm{\Ψ}}_{\mathrm{ki}}}^2-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ki}}{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{kk}}{\left|\right|V_i\left|\right|}_{{\mathrm{\Ω}}_{\mathrm{ki}}}^2})V_i,$ 在所述第一公式和所述第二公式中，1≤i≤L，V_k表示用户设备k的预编码矩阵，β_k表示用户设备k所对应的基站，

表示从基站β_k到用户设备k所经历的信道衰落，为V_k的共轭转置矩阵，

为的共轭转置矩阵，

${\mathrm{\Π}}_k=\underset{l\≠k}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{kl}}{H}_{{\mathrm{k\β}}_l}{V}_l{V}_l^H{H}_{{\mathrm{k\β}}_l}^H+I,$ ${\mathrm{\Π}}_{\mathrm{ki}}=\underset{l\≠k,i}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{kl}}{H}_{{\mathrm{k\β}}_l}{V}_l{V}_l^H{H}_{{\mathrm{k\β}}_l}^H+I,$ ${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{ki}}=H_{{\mathrm{k\β}}_k}^H{\mathrm{\Π}}_{\mathrm{ki}}^{-1}{H}_{{\mathrm{k\β}}_k},$ ${\mathrm{\Ψ}}_{\mathrm{ki}}=H_{{\mathrm{k\β}}_i}^H{\mathrm{\Π}}_{\mathrm{ki}}^{-1}{H}_{{\mathrm{k\β}}_i},$ ${\mathrm{\Ω}}_{\mathrm{ki}}=H_{{\mathrm{k\β}}_i}^H{\mathrm{\Π}}_{\mathrm{ki}}^{-1}{H}_{{\mathrm{k\β}}_k}{V}_k{V}_k^H{H}_{{\mathrm{k\β}}_k}^H{\mathrm{\Π}}_{\mathrm{ki}}^{-1}{H}_{{\mathrm{k\β}}_i},$ 其中，P_k为基站β_k的发射功率，σ_k为协方差，I为单位矩阵；

第三子计算单元，用于令

将{V_i′:i=1,2,...,N}代入所述第一公式中计算R'_Σ；

赋值单元，用于当所述第三子计算单元计算得到的R'_Σ减去R_Σ的差值不小于预置门限值时，令V_i=V_i′，R_Σ=R'_Σ，t=(1+α)t，并触发所述第二子计算单元和所述第三子计算单元；

所述赋值单元，还用于当所述第三子计算单元计算得到的R'_Σ减去R_Σ的差值不小于所述预置门限值时，令t=(1-α)t，并触发判断单元；

所述判断单元用于：判断当前t的取值是否大于预置最小步长值；

所述第三子计算单元和所述赋值单元在所述判断单元的判断结果为是时触发；

确定单元，用于当所述判断单元的判断结果为否时，将当前的{V_i:i=1,2,...,L}确定为使得和速率最大化的L个用户设备的预编码矩阵。

10.根据权利要求6或7所述的干扰对齐装置，其特征在于，

所述计算单元具体用于：通过最小二乘法计算使得和速率最大化的L个用户设备的预编码矩阵。

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