CN103929386A - 一种无线干扰消除方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及在协作多点传输联合处理的通信系统中用可变速率的组译码方法来消除终端数据的相互干扰的方法。本发明在发送端基站根据反馈的速率来选择信道编码方式和调制方式，根据反馈的信道质量信息来选择发送的数据流数目，在接收端使用分组译检测和码方法对接收数据进行检测和译码，同时反馈信息速率和信道质量信息。

Description

一种无线干扰消除方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及在协作多点传输联合处理的通信系统中用可变速率的组译码方法来消除终端数据的相互干扰的方法。

背景技术

在消除多用户间干扰技术中，传统最小均方误差检测是将干扰视为背景噪声来处理的，没有充分利用干扰数据的结构和特性。如果接收端使用迫零(Zero-Forcing，ZF)检测，最小均方误差(Minimum Mean Square Error，MMSE)检测或者连续干扰消除技术，当干扰强度比较小的时候，可以有效消除天线间的干扰，当干扰比较强的时候，这些方法的检测性能并不理想。

发明内容

本发明的目的在于提供一种小区间干扰消除的方法，主要用在协作多点联合处理系统中。在发送端基站根据反馈的速率来选择信道编码方式和调制方式，根据反馈的信道质量信息来选择发送的数据流数目，在接收端使用分组译检测和码方法对接收数据进行检测和译码，同时反馈信息速率和信道质量信息。

本发明的目的通过如下步骤实现：

S1、建立整个系统的信道数字模型为 $\begin{array}{c}{y}^i=H_i^i{Q}_i{P}_i{x}_i+\underset{j=1,j\≠i}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{H}_j^i{Q}_j{P}_j{x}_j+n^i\\ =H^{i}X+n^i\end{array},$ 其中，k为发射机的数目，i表示目标用户和基站的标号，yⁱ表示第k个接收机接收到的信号向量，表示第i个接收机的接收天线数目，表示第j个发射机的发射天线数目，表示第j个发射机到第i个接收机的信道矩阵，所述矩阵中元素服从瑞利分布，表示发射机的功率控制对角矩阵，表示发射机的预编码向量，随机矩阵 $H^i={[H_1^i{Q}_1{P}_1...H_i^i{Q}_i{P}_i...H_K^i{Q}_K{P}_K]}_{N_r^i\×K},$ 的向量nⁱ表示加性噪声，Hⁱ服从均值为零，协方差矩阵为的循环对称复高斯分布，为目标数据信号， $\underset{j=1,j\≠i}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{H}_j^i{Q}_j{P}_j{x}_j+n^i$ 是干扰的累加；

S2、对接收到的目标数据和干扰数据进行分组，分组的大小用u表示，具体分组方法如下：

S21、假定目标接收机的标识为i，并令目标接收机接收到的数据标识集合为：E＝{1,2,…,K}；

S22、对任意的一个集合定义：其中，表示矩阵Hⁱ的第j列，[·]表示将向量集合组合成矩阵；

S23、给定两个不相交的集合对集合α中的数据进行处理，并且将集合中的数据视为高斯背景噪声时，由关于随机接入容量的定义，有： $\begin{array}{c}{C}^i(H^i,\mathrm{\α},\mathrm{\β})=\left\{R\right|\underset{j\∈\mathrm{\γ}}{\mathrm{\Σ}}{R}_{\mathrm{\γ}}\≤I(X_{\mathrm{\α}\backslash \mathrm{\γ}},H^i),\∀\mathrm{\γ}\⊆\mathrm{\α}\}\\ =\left\{R\right|\underset{j\∈\mathrm{\γ}}{\mathrm{\Σ}}{R}_{\mathrm{\γ}}\≤{\log }_2\det (I_{N_r}+\frac{H_{\mathrm{\γ}}^i{\left(H_{\mathrm{\γ}}^i\right)}^H}{I_{N_r}+H_{\mathrm{\β}}^i{\left(H_{\mathrm{\β}}^i\right)}^H}),\∀\mathrm{\γ}\⊆\mathrm{\α}\}\end{array},$ 其中，R是所有发射机的数据传输速率所构成的速率向量，即R＝[R₁,R₂,…,R_K]，det(·)表示求行列式，log₂(·)表示求对数，(·)^H表示求矩阵的共轭转置，

给定一个有效的分组它所对应的传输速率在相应的容量区域内，即 $R_{Q_k^i}^i\∈C(H^i,Q_k^i,E\backslash \underset{j=1}{\overset{k}{\mathrm{\∪}}}{Q}_j^k),\∀1\≤k\≤p_i,$ 其中表示在E上求的补集；

S24、初始化：α＝E,l＝1,p_i＝0,

S25、计算对所有令 ${\mathrm{\ΔR}}_j^i=\frac{\mathrm{\Δ}(Q_l^i,\mathrm{\α}-Q_l^i|H^i,R_{Q_l^i}^i)}{\left|Q_l^i\right|};$

S26、如果则发生通信中断，并终止算法执行；

S27、更新p_i＝p_i+1,l＝l+1；

S28、如果满足则令如果则转至S25；

S29、输出和分组 ${\underset{\‾}{Q}}^i=\{Q_1^i,Q_2^i,...,Q_{p_i}^i,Q_{p_i+1}^i\};$

S3、确定最优分组，包括：

S31、第i个接收机处，令那么在给定一个有效分组时,定义一个可提升空间的度量： $\mathrm{\Δ}(\mathrm{\α},\mathrm{\β}|H^i,R_{\mathrm{\α}}^i)\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}{\log }_2\det (I_{N_r}+\frac{H_{\mathrm{\α}}^i{\left(H_{\mathrm{\α}}^i\right)}^H}{I_{N_r}+H_{\mathrm{\β}}^i{\left(H_{\mathrm{\β}}^i\right)}^H})-\underset{j\∈\mathrm{\α}}{\mathrm{\Σ}}{R}_j^i;$

S32、根据S321所述的度量，在给定的一个有效分组时，可以定义 $\mathrm{\ϵ}\left({\underset{\‾}{Q}}^i\right|H^i,R_E^i)\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}\underset{1\≤k\≤p_i}{\min }\left\{\mathrm{\ϵ}(Q_k^i,E\backslash \underset{j=1}{\overset{k}{\mathrm{\∪}}}{Q}_j^i|H^i,R_{Q_k^i}^i)\right\},$ 其中，min(·)表示取最小值；

S4、根据S3所述最优分组进行连续干扰消除检测得到新的分组Q ⁱ；

S5、根据S4所述Q ⁱ进行连续干扰消除，具体如下：

S51、初始化：m＝1,R＝[R₁,R₂,…,R_K]和Hⁱ；

S52、检查是否满足 $R_{Q_k^i}\∈C(H^i,Q_k^i,E\backslash \underset{j=1}{\overset{k}{\mathrm{\∪}}}{Q}_j^i),\∀1\≤k\≤p_i;$

S53、当满足S52的条件，则对 $\∀1\≤k\≤p_i,$ 计算 ${\mathrm{\Σ}}_{Q_m^i}^i=N_0{I}_n+{\mathrm{\Σ}}_{n=m+1}^{p_i+1}\underset{j\∈Q_m^i}{\mathrm{\Σ}}{H}_j^i{\left(H_j^i\right)}^H$

当不满足S52的条件，那么宣布目标用户和接收机的通信中断；

S54、根据最大似然准则可以检测出中的数据；

S55、更新 $y^i=y^i-H_{Q_m^i}^i{\hat{X}}_{Q_m^i},m=m+1;$

S56、当m＝p_i+1，则终止，否则转至S53执行；

S6、得到信息的传输速率R∈{R₁,R₂,…,R_K}，并且在容量的限制内最大限度地提升发送端的数据阐述速率；

S7、将S6所述信息的传输速率R反馈到发送端，根据预定的调制方式与信息速率映射表和信道编码器码率与信息速率映射表进行调整，所述调制方式与信息速率映射表和信道编码器码率与信息速率映射表具体如下：

调制方式与信息速率映射表

分组大小

R≤0.5

0.5＜R≤1

1＜R≤2

R＞2

u＝1	BPSK	QPSK	16QAM	64QAM
					u＝2	BPSK	QPSK	16QAM	16QAM
u＝3	BPSK	QPSK	QPSK	QPSK

信道编码器码率与信息速率映射表

分组大小	R≤0.5	0.5＜R≤1	1＜R≤2	R＞2
					u＝1	R	R/2	R/4	R/6
u＝2	R	R/2	R/4	R/4
					u＝3	R	R/2	R/2	R/2

进一步地，S2所述u≤3。

进一步地，S2所述分组应满足以下条件：每一个组内的用户数目是受限的，且这些用户是可以被译码的；任意两个组内不包含相同的用户，即分组不相交；所有分组的并集等于所有的用户的集合。

进一步地，S4所述具体步骤如下：

S41、初始化R＝R_MMSE，其中，R_MMSE表示将其他所有干扰数据视为高斯噪声时得到的初始速率；

S42、对所有i＝1,2,…,K，运行初始分组方法，得到

S43、对所有j∈E，更新其中R_j表示R的第j个元素；

S44、输出R和分组 ${\underset{\‾}{Q}}^i=\{Q_1^i,Q_2^i,...,Q_{p_i}^i,Q_{p_i+1}^i\}.$

进一步地，S4所述步骤具体步骤如下：

S41、初始化R⁽⁰⁾＝R_MMSE,n＝0,ε,N，ε是一个可以任意小的正数，N为正数；

S42、对所有i＝1,2,…,K，运行初始分组方法，得到

S43、对所有j∈E，更新 $R_j^{(n+1)}=R_j^{\left(n\right)}+\underset{i\∈\{1,...,K\}}{\min }{\mathrm{\ΔR}}_j^i,n=n+1;$

S44、如果||R⁽ⁿ⁺¹⁾-R⁽ⁿ⁾||<ε或n>N，则终止，否则转至S42执行；

S45、输出R⁽ⁿ⁺¹)和分组 ${\underset{\&OverBar;}{Q}}^i=\{Q_1^i,Q_2^i,...,Q_{p_i}^i,Q_{p_i+1}^i\}.$

进一步地，S54所述检测出的数据可以根据检测器利用译码器反馈回的软信息来进行构建。

进一步地，S41所述ε＝10^-10，N＝100。

本发明的有益效果是：

本发明所提的检测方法可以实现干扰的消除，特别是在强干扰的环境中，干扰消除效果也很明显。并且在复杂度和性能之间实现了很好的折中，在性能行本发明所提方法的性能接近所有用户的联合最大似然检测，比一般的最小均方误差检测要好很多。在复杂度上，虽然要比一般的最小均方误差检测要高一些，但是由于在使用分组检测和译码时，分组的大小可以不用很大，所以复杂度要比最大似然检测要低。

附图说明

图1为本发明的典型应用场景示意图。

图2为本发明中发端信号处理的框图。

图3为本发明中接收机信号处理的框图。

图4为分组检测和译码的实例示意图。

图5为本发明中分组检测和译码方法可以达到的传输速率。

图6是本发明所提的干扰消除方法所得到的误码率性能。

图7是本发明中迭代检测可以达到的误码率性能。

图8是本发明中对调制和编码方案进行调整后可达到的性能。

图5中SNR表示信噪比，单位是分贝，Sum-Rate表示总得传输速率。

图6中BER表示误比特率，MMSE表示分组之间使用最小均方误差检测，ZF表示分组之间使用迫零检测。

具体实施方式

S1、建立整个系统的信道数字模型为 $\begin{array}{c}{y}^i=H_i^i{Q}_i{P}_i{x}_i+\underset{j=1,j\&NotEqual;i}{\overset{K}{\mathrm{\&Sigma;}}}{H}_j^i{Q}_j{P}_j{x}_j+n^i\\ =H^{i}X+n^i\end{array},$ 其中，k为发射机的数目，i表示目标用户和基站的标号，yⁱ表示第k个接收机接收到的信号向量，表示第i个接收机的接收天线数目，表示第j个发射机的发射天线数目，表示第j个发射机到第i个接收机的信道矩阵，所述矩阵中元素服从瑞利分布，表示发射机的功率控制对角矩阵，表示发射机的预编码向量，随机矩阵 $H^i={[H_1^i{Q}_1{P}_1...H_i^i{Q}_i{P}_i...H_K^i{Q}_K{P}_K]}_{N_r^i\&times;K},$ 的向量nⁱ表示加性噪声，Hⁱ服从均值为零，协方差矩阵为的循环对称复高斯分布，为目标数据信号， $\underset{j=1,j\&NotEqual;i}{\overset{K}{\mathrm{\&Sigma;}}}{H}_j^i{Q}_j{P}_j{x}_j+n^i$ 是干扰的累加；

S2、对接收到的目标数据和干扰数据进行分组，分组的大小用u表示，其中，u≤3，所述分组应满足以下条件：每一个组内的用户数目是受限的，且这些用户是可以被译码的；任意两个组内不包含相同的用户，即分组不相交；所有分组的并集等于所有的用户的集合，具体分组方法如下：

S21、假定目标接收机的标识为i，并令目标接收机接收到的数据标识集合为：E＝{1,2,…,K}；

S22、对任意的一个集合定义：其中，表示矩阵Hⁱ的第j列，[·]表示将向量集合组合成矩阵；

S23、给定两个不相交的集合对集合α中的数据进行处理，并且将集合中的数据视为高斯背景噪声时，由关于随机接入容量的定义，有： $\begin{array}{c}{C}^i(H^i,\mathrm{\&alpha;},\mathrm{\&beta;})=\left\{R\right|\underset{j\&Element;\mathrm{\&gamma;}}{\mathrm{\&Sigma;}}{R}_{\mathrm{\&gamma;}}\&le;I(X_{\mathrm{\&alpha;}\backslash \mathrm{\&gamma;}},H^i),\&ForAll;\mathrm{\&gamma;}\&SubsetEqual;\mathrm{\&alpha;}\}\\ =\left\{R\right|\underset{j\&Element;\mathrm{\&gamma;}}{\mathrm{\&Sigma;}}{R}_{\mathrm{\&gamma;}}\&le;{\log }_2\det (I_{N_r}+\frac{H_{\mathrm{\&gamma;}}^i{\left(H_{\mathrm{\&gamma;}}^i\right)}^H}{I_{N_r}+H_{\mathrm{\&beta;}}^i{\left(H_{\mathrm{\&beta;}}^i\right)}^H}),\&ForAll;\mathrm{\&gamma;}\&SubsetEqual;\mathrm{\&alpha;}\}\end{array},$ 其中，R是所有发射机的数据传输速率所构成的速率向量，即R＝[R₁,R₂,…,R_K]，det(·)表示求行列式，log₂(·)表示求对数，(·)^H表示求矩阵的共轭转置，

给定一个有效的分组它所对应的传输速率在相应的容量区域内，即 $R_{Q_k^i}^i\&Element;C(H^i,Q_k^i,E\backslash \underset{j=1}{\overset{k}{\mathrm{\&cup;}}}{Q}_j^k),\&ForAll;1\&le;k\&le;p_i,$ 其中，表示在E上求的补集；

S24、初始化：α＝E,l＝1,p_i＝0,

S25、计算对所有令 ${\mathrm{\&Delta;R}}_j^i=\frac{\mathrm{\&Delta;}(Q_l^i,\mathrm{\&alpha;}-Q_l^i|H^i,R_{Q_l^i}^i)}{\left|Q_l^i\right|};$

S26、如果则发生通信中断，并终止算法执行；

S27、更新p_i＝p_i+1,l＝l+1；

S28、如果满足则令如果则转至S25；

S29、输出和分组 ${\underset{\&OverBar;}{Q}}^i=\{Q_1^i,Q_2^i,...,Q_{p_i}^i,Q_{p_i+1}^i\};$

S3、一般落在容量区域内的传输速率对，在一定的程度上可以更接近于容量区域的边界。如果对某一个分组顺序，这个传输速率对距离该分组所确定的容量区域边界最远，说明在该分组下，传输速率可以提升的空间最大(由于速率可以提升，说明它也一定落在该区域内，通信不会发生中断)，确定最优分组，包括：

S31、第i个接收机处，令那么在给定一个有效分组时,定义一个可提升空间的度量： $\mathrm{\&Delta;}(\mathrm{\&alpha;},\mathrm{\&beta;}|H^i,R_{\mathrm{\&alpha;}}^i)\stackrel{\mathrm{\&Delta;}}{=}{\log }_2\det (I_{N_r}+\frac{H_{\mathrm{\&alpha;}}^i{\left(H_{\mathrm{\&alpha;}}^i\right)}^H}{I_{N_r}+H_{\mathrm{\&beta;}}^i{\left(H_{\mathrm{\&beta;}}^i\right)}^H})-\underset{j\&Element;\mathrm{\&alpha;}}{\mathrm{\&Sigma;}}{R}_j^i;$

S32、根据S321所述的度量，在给定的一个有效分组时，可以定义 $\mathrm{\&epsiv;}\left({\underset{\&OverBar;}{Q}}^i\right|H^i,R_E^i)\stackrel{\mathrm{\&Delta;}}{=}\underset{1\&le;k\&le;p_i}{\min }\left\{\mathrm{\&epsiv;}(Q_k^i,E\backslash \underset{j=1}{\overset{k}{\mathrm{\&cup;}}}{Q}_j^i|H^i,R_{Q_k^i}^i)\right\},$ 其中，min(·)表示取最小值；

S4、根据S3所述最优分组进行连续干扰消除检测得到新的分组Q ⁱ；

S5、根据S4所述Qⁱ进行连续干扰消除，具体如下：

S51、初始化：m＝1,R＝[R₁,R₂,…,R_K]和Hⁱ；

S52、检查是否满足 $R_{Q_k^i}\&Element;C(H^i,Q_k^i,E\backslash \underset{j=1}{\overset{k}{\mathrm{\&cup;}}}{Q}_j^i),\&ForAll;1\&le;k\&le;p_i;$

S53、当满足S52的条件，则对 $\&ForAll;1\&le;k\&le;p_i,$ 计算 ${\mathrm{\&Sigma;}}_{Q_m^i}^i=N_0{I}_n+{\mathrm{\&Sigma;}}_{n=m+1}^{p_i+1}\underset{j\&Element;Q_m^i}{\mathrm{\&Sigma;}}{H}_j^i{\left(H_j^i\right)}^H$

当不满足S52的条件，那么宣布目标用户和接收机的通信中断；

S54、根据最大似然准则可以检测出中的数据；

S55、更新 $y^i=y^i-H_{Q_m^i}^i{\hat{X}}_{Q_m^i},m=m+1;$

S56、当m＝p_i+1，则终止，否则转至S53执行；

S6、得到信息的传输速率R∈{R₁,R₂,…,R_K}，并且在容量的限制内最大限度地提升发送端的数据阐述速率；

S7、将S6所述信息的传输速率R反馈到发送端，根据预定的调制方式与信息速率映射表和信道编码器码率与信息速率映射表进行调整，所述调制方式与信息速率映射表和信道编码器码率与信息速率映射表具体如下：

调制方式与信息速率映射表

分组大小	R≤0.5	0.5＜R≤1	1＜R≤2	R＞2
					u＝1	BPSK	QPSK	16QAM	64QAM
u＝2	BPSK	QPSK	16QAM	16QAM
					u＝3	BPSK	QPSK	QPSK	QPSK

信道编码器码率与信息速率映射表

分组大小	R≤0.5	0.5＜R≤1	1＜R≤2	R＞2
					u＝1	R	R/2	R/4	R/6
u＝2	R	R/2	R/4	R/4
					u＝3	R	R/2	R/2	R/2

进一步地，S4所述具体步骤如下：

S41、初始化R＝R_MMSE，其中，R_MMSE表示将其他所有干扰数据视为高斯噪声时得到的初始速率；

S42、对所有i＝1,2,…,K，运行初始分组方法，得到

S43、对所有j∈E，更新其中R_j表示R的第j个元素；

S44、输出R和分组 ${\underset{\&OverBar;}{Q}}^i=\{Q_1^i,Q_2^i,...,Q_{p_i}^i,Q_{p_i+1}^i\}.$

非迭代的分组方法所得到的传输速率优于一般的最小均方误差所得到的传输速率。如果需要进一步提升传输速率，可以使用本发明所提的基于迭代的分组方法，S4所述步骤具体步骤如下：

S41、初始化R⁽⁰⁾＝R_MMSE,n＝0,ε,N，ε是一个可以任意小的正数，N为正数；

S42、对所有i＝1,2,…,K，运行初始分组方法，得到

S43、对所有j∈E，更新 $R_j^{(n+1)}=R_j^{\left(n\right)}+\underset{i\&Element;\{1,...,K\}}{\min }{\mathrm{\&Delta;R}}_j^i,n=n+1;$

S44、如果||R⁽ⁿ⁺¹⁾-R⁽ⁿ⁾||<ε或n>N，则终止，否则转至S42执行；

S45、输出R⁽ⁿ⁺¹⁾和分组 ${\underset{\&OverBar;}{Q}}^i=\{Q_1^i,Q_2^i,...,Q_{p_i}^i,Q_{p_i+1}^i\}.$

本发明提出的基于分组检测和译码的可变速率协作多点联合处理通信系统，包括信号发送系统和与之相对应的信号接收系统，所述信号发送系统包括依次相连的数据分路器、发送方式选择器、信道编码器、交织器、调制器；所述信号接收系统包括依次相连的信道估计器、迭代检测器(其中包括交织器和解交织器)、信道译码器、输出判决器。每个基站都会配置相同的信号发送系统，每个终端都会配置相同的信号接收系统，基站通过回传链路与中央数据库相连来交互所需要的信息，终端在使用分布式算法进行处理时也需要交互部分信息，但由于终端之间直接交互信息难度太大，所以采用反馈的方式，将需要交互的信息首先反馈到基站，然后由基站完成相应的信息交互，最后再通过下行链路发送给相应的终端。

就图1所示的场景，所用的实例中每个发射机发送两层数据，那么终端会接收到包括三个基站在内发送的共六层的数据。终端在检测和译码时按照所得到的分组依次处理，直到恢复出目标数据的全部信息。为叙述方便，现就一个终端用户2进行解释(即用户2为目标用户)：将用户2接收到的层编上序号，对图1的场景来说，该实例中用户数为3，考虑到更一般的情况：发送端可能发送的是多流数据，现在假设每个发射机在发送时将数据分成两层(分层可以提升系统的传输速率)，接收机2需要检测和译码出目标数据层(2,1),(2,2)，正如图4所描述的，在处理的第一阶段，接收机2首先对干扰数据层(1,2),(3,1)用ML方法或其他方法进行联合处理，将余下的数据层视为高斯噪声；在第二阶段，首先将在第一阶段已经检测出来的数据从原始接收信号中减去，然后对目标数据层(2,2)和干扰数据层(1,1)联合处理，将余下数据层视为高斯噪声；在第三阶段，同样需要从接收信号中减去前两个阶段检测出的数据，然后对目标数据层(2,1)进行处理；在整个处理过程中数据层(3,2)一直被视为高斯噪声，因为其中未含有目标用户的数据信息。

图2是该例场景中基站端的信号处理框图，每个发射机的数据比特流使用独立的信道编码器，编码后的比特流需要经过交织器π，实例中交织器的深度为16。然后把交织后的比特流按照选定的调制方式调制到符号级上，实例中使用格雷映射的QPSK和16QAM调制。最后将每层的调制符号序列通过层映射和天线映射，使用合适的天线上将数据发送出去。每个基站采用相同的处理方法和步骤，在这个过程中，他们需要中央数据库提供的一些信息。本发明所使用的是随机交织器，并且可以更改交织器的交织深度。调制器可选用BPSK、QPSK、16QAM、64QAM几种调制方式，在进行符号映射时采用格雷映射。在进行层映射时，层的数目必须小于或等于发射的天线数目，在确定了层的数目后，可以将调制好的符号交替映射到相应的层上。最后将各层的数据映射到天线上并调制到载波上将数据发射出去。

图3是任意一个终端的处理框图，其中检测器可以采用基于最大似然(ML)的组内联合检测或者线性最小均方误差(LMMSE)的迭代检测，交织器与对应的发送端的交织器相同，译码器采用软输入软输出(SISO)，检测器和译码器之间可以基于软信息进行迭代处理，这样可以提高译码输出的准确性。由于在该实例中，接收端的每个分组内可能包含多个数据，因此是可以使用这种迭代联合检测和译码算法的，即在接收端，组内采用迭代联合检测和译码，组间采用基于连续干扰抵消(SIC)的方法。从图3可以看出，接收机是按照分组算法得到的分组顺序进行处理的，所以在处理的某一个阶段，首先要从原始接收信号中将已经检测出来的数据减去，然后针对接下来的分组进行处理，而在处理的过程中，要将那些还没有检测出来的数据视为背景噪声。按照分组的顺序，直到检测出目标数据为止。

图5是在使用了本发明提出的分组算法后，实例可以得到的传输速率，其中发射机和接收机的数目为6个，他们都配置了单根天线。可以发现，和传统的MMSE方法相比较，本发明提出的系统可以实现更高的传输速率。而且，如果增大分组的大小，传输速率会进一步提升。所以本发明提出的系统能够实现速率的提升。图6是实例中接收机使用本发明提出的检测和译码技术所得到的误码率性能，信道采样点数为3000，目标接收机的标识是2，调制方式是QPSK，使用了码率是0.5的(7,5)₂卷积码。不难发现，在性能上，本发明所提的系统也是具有明显优势的。不过即使用组间最小均方误差均衡还是组间的迫零均衡，本发明所提的检测技术都比传统的检测方法要好。图7是组内使用基于线性最小均方误差的迭代检测时，系统可以达到的性能。通过迭代，接收机基本上可以实现和无干扰情形一样的误码率，而且在迭代次数上不需要很高，一般2到3次即可。图8便是使用基于速率调整编码和调制方式后，接收机的检测性能，可以看出，在接收端，分组的大小对性能影响比较大，所以在该系统中，使用这种可变速率的调制方式，调制方式的选择是和分组大小有关系的。

终端在使用分布式算法后不仅可以得到最优的分组，而且可以得到每层最优的信息传输速率，每个终端将得到的信息传输速率反馈给基站，基站根据每个终端反馈回来的速率来调整每层的信道编码方式和调制方式，这样接收端在满足可以译码的条件下，使得系统总的信息传输速率最大。如果终端反馈给基站的某些层的速率很小，例如小于一个门限值，那么可以确定该层到此用户的信道质量很差，这时可以考虑将该层置于不被激活的状态。然后剩下的数据层依据反馈的速率值在表中找到对应的编码和调制方式。在终端，该查找表(即表1和表2)也是已知的，这样终端在进行检测和译码时可以知道每一层所使用的编码方式和调制方式。

Claims (7)

1.一种无线干扰消除方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、建立整个系统的信道数字模型为 $\begin{array}{c}{y}^i=H_i^i{Q}_i{P}_i{x}_i+\underset{j=1,j\&NotEqual;i}{\overset{K}{\mathrm{\&Sigma;}}}{H}_j^i{Q}_j{P}_j{x}_j+n^i\\ =H^{i}X+n^i\end{array},$ 其中，k为发射机的数目，i表示目标用户和基站的标号，yⁱ表示第k个接收机接收到的信号向量，表示第i个接收机的接收天线数目，表示第j个发射机的发射天线数目，表示第j个发射机到第i个接收机的信道矩阵，所述矩阵中元素服从瑞利分布，表示发射机的功率控制对角矩阵，表示发射机的预编码向量，随机矩阵 $H^i={[H_1^i{Q}_1{P}_1...H_i^i{Q}_i{P}_i...H_K^i{Q}_K{P}_K]}_{N_r^i\&times;K},$ 的向量nⁱ表示加性噪声，Hⁱ服从均值为零，协方差矩阵为的循环对称复高斯分布，为目标数据信号， $\underset{j=1,j\&NotEqual;i}{\overset{K}{\mathrm{\&Sigma;}}}{H}_j^i{Q}_j{P}_j{x}_j+n^i$ 是干扰的累加；

S2、对接收到的目标数据和干扰数据进行分组，分组的大小用u表示，具体分组方法如下：

S21、假定目标接收机的标识为i，并令目标接收机接收到的数据标识集合为：E＝{1,2,…,K}；

S22、对任意的一个集合定义：其中，表示矩阵Hⁱ的第j列，[·]表示将向量集合组合成矩阵；

S23、给定两个不相交的集合对集合α中的数据进行处理，并且将集合中的数据视为高斯背景噪声时，由关于随机接入容量的定义，有： $\begin{array}{c}{C}^i(H^i,\mathrm{\&alpha;},\mathrm{\&beta;})=\left\{R\right|\underset{j\&Element;\mathrm{\&gamma;}}{\mathrm{\&Sigma;}}{R}_{\mathrm{\&gamma;}}\&le;I(X_{\mathrm{\&alpha;}\backslash \mathrm{\&gamma;}},H^i),\&ForAll;\mathrm{\&gamma;}\&SubsetEqual;\mathrm{\&alpha;}\}\\ =\left\{R\right|\underset{j\&Element;\mathrm{\&gamma;}}{\mathrm{\&Sigma;}}{R}_{\mathrm{\&gamma;}}\&le;{\log }_2\det (I_{N_r}+\frac{H_{\mathrm{\&gamma;}}^i{\left(H_{\mathrm{\&gamma;}}^i\right)}^H}{I_{N_r}+H_{\mathrm{\&beta;}}^i{\left(H_{\mathrm{\&beta;}}^i\right)}^H}),\&ForAll;\mathrm{\&gamma;}\&SubsetEqual;\mathrm{\&alpha;}\}\end{array},$ 其中，R是所有发射机的数据传输速率所构成的速率向量，即R＝[R₁,R₂,…,R_K]，det(·)表示求行列式，log₂(·)表示求对数，(·)^H表示求矩阵的共轭转置，

给定一个有效的分组它所对应的传输速率在相应的容量区域内，即 $R_{Q_k^i}^i\&Element;C(H^i,Q_k^i,E\backslash \underset{j=1}{\overset{k}{\mathrm{\&cup;}}}{Q}_j^k),\&ForAll;1\&le;k\&le;p_i,$ 其中，表示在E上求的补集；

S24、初始化：α＝E,l＝1,p_i＝0,

S25、计算对所有令 ${\mathrm{\&Delta;R}}_j^i=\frac{\mathrm{\&Delta;}(Q_l^i,\mathrm{\&alpha;}-Q_l^i|H^i,R_{Q_l^i}^i)}{\left|Q_l^i\right|};$

S26、如果则发生通信中断，并终止算法执行；

S27、更新p_i＝p_i+1,l＝l+1；

S28、如果满足则令如果则转至S25；

S29、输出和分组 ${\underset{\&OverBar;}{Q}}^i=\{Q_1^i,Q_2^i,...,Q_{p_i}^i,Q_{p_i+1}^i\};$

S3、确定最优分组，包括：

S31、第i个接收机处，令那么在给定一个有效分组时,定义一个可提升空间的度量： $\mathrm{\&Delta;}(\mathrm{\&alpha;},\mathrm{\&beta;}|H^i,R_{\mathrm{\&alpha;}}^i)\stackrel{\mathrm{\&Delta;}}{=}{\log }_2\det (I_{N_r}+\frac{H_{\mathrm{\&alpha;}}^i{\left(H_{\mathrm{\&alpha;}}^i\right)}^H}{I_{N_r}+H_{\mathrm{\&beta;}}^i{\left(H_{\mathrm{\&beta;}}^i\right)}^H})-\underset{j\&Element;\mathrm{\&alpha;}}{\mathrm{\&Sigma;}}{R}_j^i;$

S32、根据S321所述的度量，在给定的一个有效分组时，可以定义 $\mathrm{\&epsiv;}\left({\underset{\&OverBar;}{Q}}^i\right|H^i,R_E^i)\stackrel{\mathrm{\&Delta;}}{=}\underset{1\&le;k\&le;p_i}{\min }\left\{\mathrm{\&epsiv;}(Q_k^i,E\backslash \underset{j=1}{\overset{k}{\mathrm{\&cup;}}}{Q}_j^i|H^i,R_{Q_k^i}^i)\right\},$ 其中，min(·)表示取最小值；

S4、根据S3所述最优分组进行连续干扰消除检测得到新的分组Q ⁱ；

S5、根据S4所述Q ⁱ进行连续干扰消除，具体如下：

S51、初始化：m＝1,R＝[R₁,R₂,…,R_K]和Hⁱ；

S52、检查是否满足 $R_{Q_k^i}\&Element;C(H^i,Q_k^i,E\backslash \underset{j=1}{\overset{k}{\mathrm{\&cup;}}}{Q}_j^i),\&ForAll;1\&le;k\&le;p_i;$

S53、当满足S52的条件，则对 $\&ForAll;1\&le;k\&le;p_i,$ 计算 ${\mathrm{\&Sigma;}}_{Q_m^i}^i=N_0{I}_n+{\mathrm{\&Sigma;}}_{n=m+1}^{p_i+1}\underset{j\&Element;Q_m^i}{\mathrm{\&Sigma;}}{H}_j^i{\left(H_j^i\right)}^H$

当不满足S52的条件，那么宣布目标用户和接收机的通信中断；

S54、根据最大似然准则可以检测出中的数据；

S55、更新 $y^i=y^i-H_{Q_m^i}^i{\hat{X}}_{Q_m^i},m=m+1;$

S56、当m＝p_i+1，则终止，否则转至S53执行；

S6、得到信息的传输速率R∈{R₁,R₂,…,R_K}，并且在容量的限制内最大限度地提升发送端的数据阐述速率；

S7、将S6所述信息的传输速率R反馈到发送端，根据预定的调制方式与信息速率映射表和信道编码器码率与信息速率映射表进行调整，所述调制方式与信息速率映射表和信道编码器码率与信息速率映射表具体如下：

调制方式与信息速率映射表

分组大小 R≤0.5 0.5＜R≤1 1＜R≤2 R＞2 u＝1 BPSK QPSK 16QAM 64QAM u＝2 BPSK QPSK 16QAM 16QAM u＝3 BPSK QPSK QPSK QPSK

信道编码器码率与信息速率映射表

分组大小 R≤0.5 0.5＜R≤1 1＜R≤2 R＞2 u＝1 R R/2 R/4 R/6 u＝2 R R/2 R/4 R/4 u＝3 R R/2 R/2 R/2

2.根据权利要求1所述的一种无线干扰消除方法，其特征在于：S2所述u≤3。

3.根据权利要求1所述的一种无线干扰消除方法，其特征在于：S2所述分组应满足以下条件：每一个组内的用户数目是受限的，且这些用户是可以被译码的；任意两个组内不包含相同的用户，即分组不相交；所有分组的并集等于所有的用户的集合。

4.根据权利要求1所述的一种无线干扰消除方法，其特征在于：S2所述分组应满足以下条件：S4所述具体步骤如下：

S41、初始化R＝R_MMSE，其中，R_MMSE表示将其他所有干扰数据视为高斯噪声时得到的初始速率；

S42、对所有i＝1,2,…,K，运行初始分组方法，得到

S43、对所有j∈E，更新其中R_j表示R的第j个元素；

S44、输出R和分组 ${\underset{\&OverBar;}{Q}}^i=\{Q_1^i,Q_2^i,...,Q_{p_i}^i,Q_{p_i+1}^i\}.$

5.根据权利要求1所述的一种无线干扰消除方法，其特征在于：S2所述分组应满足以下条件：S4所述具体步骤如下：S41、初始化R⁽⁰⁾＝R_MMSE,n＝0,ε,N，ε是一个可以任意小的正数，N为正数；

S42、对所有i＝1,2,…,K，运行初始分组方法，得到

S43、对所有j∈E，更新 $R_j^{(n+1)}=R_j^{\left(n\right)}+\underset{i\&Element;\{1,...,K\}}{\min }{\mathrm{\&Delta;R}}_j^i,n=n+1;$

S44、如果||R⁽ⁿ⁺¹⁾-R⁽ⁿ⁾||<ε或n>N，则终止，否则转至S42执行；

S45、输出R⁽ⁿ⁺¹⁾和分组 ${\underset{\&OverBar;}{Q}}^i=\{Q_1^i,Q_2^i,...,Q_{p_i}^i,Q_{p_i+1}^i\}.$

6.根据权利要求1所述的一种无线干扰消除方法，其特征在于：S2所述分组应满足以下条件：S54所述检测出的数据可以根据检测器利用译码器反馈回的软信息来进行构建。

7.根据权利要求5所述的一种无线干扰消除方法，其特征在于：S41所述ε＝10^-10，N＝100。