CN108234004B - 有哈密尔顿环的mimo协作拓扑干扰对齐方法 - Google Patents

有哈密尔顿环的mimo协作拓扑干扰对齐方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种有哈密尔顿环的MIMO协作拓扑干扰对齐方法，本发明的实现步骤是：(1)设置系统参数；(2)构建多输入多输出MIMO干扰信道的部分连接模型；(3)判断发送端发送的当前期望信息是否满足对齐可行条件；(4)确定哈密尔顿环场景下的有效发送端；(5)以信息共享的形式，构建每个发送端的发送数据向量；(6)获得每个发送端的发送信号向量；(7)获得每个接收端接收到的信号向量；(8)对哈密尔顿环场景下接收到的信号向量进行解码；(9)结束干扰对齐。本发明实现了在有哈密尔顿环场景下协作拓扑干扰对齐方法，可用于提高MIMO干扰信道系统的传输速率。

Description

有哈密尔顿环的MIMO协作拓扑干扰对齐方法
技术领域
本发明属于通信技术领域，更进一步涉及无线通信技术领域中的一种有哈密尔顿环的多输入多输出天线MIMO(multiple input multiple out)协作拓扑干扰对齐方法。本发明可用于有哈密尔顿环的多输入多输出MIMO干扰信道中，在仅知道发送端与接收端网络拓扑的前提下，通过多个发送端之间信息共享的相互协作，达到干扰对齐的目的。
背景技术
针对干扰信道，拓扑干扰对齐方法因其可以在发送端不知道任何信道状态信息(CSI)，而仅需在发送端和接收端知道网络拓扑信息，通过一定的信号处理手段，最终可以达到干扰对齐的目的，成为近些年来干扰对齐领域的热点。
西安电子科技大学在其申请的发明专利文献“MIMO干扰信道拓扑干扰对齐方法”(公开号：105871434A，申请号：201610187896.8)中公开了一种MIMO干扰信道拓扑干扰对齐方法。该方法的具体步骤为：基于SISO干扰信道的部分连接模型分别求解SISO干扰信道系统中满足干扰对齐条件的预编码向量和解码向量和MIMO干扰信道满足干扰对齐条件的预编码矩阵和解码矩阵，通过对MIMO干扰信道系统中的发送信号进行时延扩展和预编码，并对接收信号进行转置和解码，实现干扰对齐的效果。该方法虽然能在MIMO干扰信道实现拓扑干扰对齐的目的，但该方法仍然存在不足之处，在发送端的选择方面，它存在固定的选取范围，并且只用到了MIMO系统中每个收发节点对中最小的天线数，而对于收发节点中多余的天线数并未有效利用，最终的系统性能还可以进行优化提高。
X.Yi和D.Gesbert教授在其发表的论文“Topological interference managementwithtransmitter cooperation”(“IEEE Transactions on Information Theory”2015，61(11)：1921-1934)提出了一种带有传输协作的拓扑干扰对齐方法。该方法的具体步骤为：针对SISO干扰信道，基于多个传输端的相互协作，通过设计预编码与解码矩阵达到干扰对齐的目的，并给出了系统的可达对称自由度。但是，该方案仍然存在不足，它仅仅从SISO干扰信道的角度出发研究了相应的协作拓扑干扰对齐方案，对于在更复杂场景下的具体方案并未涉及，性能上还可以更优。
发明内容
本发明的目的在于针对上述存在的问题，提出一种有哈密尔顿环的MIMO协作拓扑干扰对齐方法，以解决现有拓扑干扰对齐方法发送端选取单一，天线利用率不高以及现有协作拓扑干扰对齐方法只能针对SISO干扰信道系统的条件限制，并提高系统的传输速率。
本发明的技术思路是：在有哈密尔顿环的场景下，基于多个发送端之间信息共享的相互协作，通过联合设计对于多输入多输出干扰信道的传输预编码矩阵与接收波束成形矩阵，结合一定的信号处理手段，达到干扰对齐的目的。
为实现上述目的，本发明的主要步骤如下：
(1)设置系统参数：
将多输入多输出MIMO干扰信道系统中的每个发送端配置Mi根天线，每个接收端配置Nj根天线，其中，发送端与接收端的数目相等且Mi,Nj≥2，i表示发送端的序号，j表示接收端的序号，i,j∈{1,2...,K}，∈表示属于符号，K表示发送端与接收端的数目；
(2)构建多输入多输出MIMO干扰信道的部分连接模型：
将P≥η时的干扰链路设置为1，将P＜η时的干扰链路设置为0，忽略置0干扰链路对系统传输的影响，得到有发送端与接收端之间的连接关系的拓扑信息MIMO干扰信道的部分连接模型；其中，P表示来自多个干扰链路的干扰功率之和，η表示根据MIMO干扰信道的传输要求设置的干扰门限；
(3)判断每个多输入多输出MIMO干扰信道系统中的发送端发送的当前期望信息是否满足对齐可行条件，若是，则执行步骤(4)，否则，执行步骤(9)；
(4)确定哈密尔顿环场景下的有效发送端：
(4a)以每个满足对齐可行条件的期望信息作为顶点，任意两个满足对齐可行条件的期望信息之间的对齐可行关系作为边，绘制对齐可行图；
(4b)从每个对齐可行图中，找出所有经过对齐可行图中所有顶点且只经过一次的哈密尔顿环；
(4c)找出每个哈密尔顿环中满足对齐可行条件的期望信息对应的所有多输入多输出MIMO干扰信道系统中的发送端；
(4d)构造一个只包含0，1元素的K×K维的满足对齐可行图条件的对齐无冲突矩阵，剔除对齐无冲突矩阵中以1元素表示的与接收端无关的多输入多输出MIMO干扰信道系统中的发送端，得到对齐无冲突矩阵中以0元素表示的与多输入多输出MIMO干扰信道系统中的接收端有关的有效发送端，作为哈密尔顿环场景下的有效发送端；
(5)以信息共享的形式，构建多输入多输出MIMO干扰信道系统中相互协作的每个发送端的发送数据向量如下：
Figure BDA0001500721150000031
其中，si表示多输入多输出MIMO干扰信道系统中的第i个发送端的发送数据向量，<·>表示按列累加操作，
Figure BDA0001500721150000032
表示多输入多输出MIMO干扰信道系统中的第j个接收端期望接收到的数据向量，H表示共轭转置操作，
Figure BDA0001500721150000038
表示所有与多输入多输出MIMO干扰信道系统中第i个发送端有连接关系的接收端序号的集合；
(6)获得多输入多输出MIMO干扰信道系统中每个发送端的发送信号向量：
(6a)按照下式，设计多输入多输出MIMO干扰信道系统中的每个发送端的传输预编码矩阵：
Figure BDA0001500721150000033
其中，Di表示多输入多输出MIMO干扰信道系统中的第i个发送端的传输预编码矩阵，vi表示单输入单输出SISO干扰信道的拓扑干扰对齐中第i个发送端的预编码向量，
Figure BDA0001500721150000034
表示克罗内克积操作，
Figure BDA0001500721150000035
表示阶数为
Figure BDA0001500721150000036
的单位矩阵，
Figure BDA0001500721150000037
表示多输入多输出MIMO干扰信道系统中第j个接收端期望数据向量的有效发送端的天线总数；
(6b)对多输入多输出MIMO干扰信道系统中的发送端的发送数据向量利用传输预编码矩阵进行编码处理，得到每个发送端的发送信号向量；
(7)获得多输入多输出MIMO干扰信道系统中的每个接收端接收到的信号向量：
(7a)按照下式，获得多输入多输出MIMO干扰信道系统中每个发送端与接收端之间的信道矩阵：
Figure BDA0001500721150000041
其中，
Figure BDA0001500721150000042
表示多输入多输出MIMO干扰信道系统中的第i个发送端到多输入多输出MIMO干扰信道系统中的第j个接收端之间对角线上全为信道系数矩阵Hji的信道矩阵，IF表示阶数等于扩展系数F的单位矩阵，该扩展系数F由发送信号向量的传输时隙确定，Hji表示多输入多输出MIMO干扰信道系统中的第i个发送端与第j个接收端之间的信道系数矩阵，维度为Nj×Mi；
(7b)将每个发送端的发送信号向量与信道矩阵相乘，得到多输入多输出MIMO干扰信道系统中每个接收端接收到的信号向量；
(8)对哈密尔顿环场景下接收到的多输入多输出MIMO干扰信道系统中信号向量进行解码：
(8a)在哈密尔顿环场景下，对多输入多输出MIMO干扰信道系统中每个接收端，用干扰消除向量和空间保持矩阵的克罗内克积的形式，同时设计两个接收波束成形矩阵；
(8b)用两个接收波束成形矩阵分别与多输入多输出MIMO干扰信道系统中接收到的信号向量相乘，得到解码处理后的多输入多输出MIMO干扰信道系统中每个接收端的无干扰信号向量；
(9)结束干扰对齐。
本发明与现有的技术相比，具有以下优点：
第一，本发明通过确定哈密尔顿环场景下的有效发送端，并以信息共享的形式，构建每个发送端的发送数据向量，实现多个发送端相互协作共同发送期望信号，克服了现有技术发送端的选择固定以及只到了MIMO系统中每个收发节点对中最小的天线数，而对于多余的天线数并未有效利用的局限性，使得本发明增加了发送端的选择机会，发送更多的期望信号，提高了拓扑干扰对齐方法的系统性能。
第二，本发明通过在发送端和接收端分别设计传输预编码矩阵与接收波束成形矩阵，实现任意天线配置的多输入多输出干扰信道的协作拓扑干扰对齐，克服了现有技术只能针对单输入单输出干扰信道系统的条件限制，使得本发明提高系统的传输速率。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明构建的多输入多输出MIMO干扰信道的部分连接模型的示意图；
图3为本发明的仿真图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述。
参照附图1，本发明的具体实施步骤如下。
步骤1，设置系统参数。
将多输入多输出MIMO干扰信道系统中的每个发送端配置Mi根天线，每个接收端配置Nj根天线，其中，发送端与接收端的数目相等且Mi,Nj≥2，i表示发送端的序号，j表示接收端的序号，i,j∈{1,2...,K}，∈表示属于符号，K表示发送端与接收端的数目。
步骤2，构建多输入多输出MIMO干扰信道的部分连接模型。
参照附图2，对构建多输入多输出MIMO干扰信道的部分连接模型的具体过程描述如下。图2中的Tx i表示多输入多输出MIMO干扰信道中的第i个发送端，Rx j表示多输入多输出MIMO干扰信道中的第j个接收端，Mi表示第i个发送端的天线数，Nj表示第j个接收端的天线数。
将P≥η时的干扰链路设置为1，将P＜η时的干扰链路设置为0，忽略置0干扰链路对系统传输的影响，得到有发送端与接收端之间的连接关系的拓扑信息MIMO干扰信道的部分连接模型；其中，P表示来自多个干扰链路的干扰功率之和，η表示根据MIMO干扰信道的传输要求设置的干扰门限。
步骤3，判断发送端发送的当前期望信息是否同时满足
Figure BDA0001500721150000051
和
Figure BDA0001500721150000052
两个对齐可行条件，若是，则执行步骤4，否则，执行步骤9，其中，
Figure BDA0001500721150000053
表示与多输入多输出MIMO干扰信道系统中第j个接收端有连接的所有发送端序号的集合，
Figure BDA0001500721150000054
表示与多输入多输出MIMO干扰信道系统中第j+1个接收端有连接的所有发送端序号的集合，
Figure BDA0001500721150000061
表示不包含符号。
步骤4，确定哈密尔顿环场景下的有效发送端。
以每个满足对齐可行条件的期望信息作为顶点，任意两个满足对齐可行条件的期望信息之间的对齐可行关系作为边，绘制对齐可行图。
从每个对齐可行图中，找出经过对齐可行图中所有顶点且只经过一次的哈密尔顿环，哈密尔顿环中的任意相邻顶点是对齐可行的，且相邻对齐可行的期望信息沿着同一个预编码矩阵张成子空间传输，相邻对齐可行期望信息来自于不同且不产生相互干扰的发送端。
从哈密尔顿环中提取所有的与对齐可行的期望信息对应的发送端。
第1步，按照下式，遍历每个哈密尔顿环，找到多输入多输出MIMO干扰信道系统中每个接收端期望信息的发送端：
Figure BDA0001500721150000062
Figure BDA0001500721150000063
其中，
Figure BDA0001500721150000064
分别表示发送多输入多输出MIMO干扰信道系统中第j个接收端期望信息不同发送端，
Figure BDA0001500721150000065
和
Figure BDA0001500721150000066
表示与多输入多输出MIMO干扰信道系统中第j个接收端期望信息对齐可行的信息的发送端，发送端
Figure BDA0001500721150000067
和
Figure BDA0001500721150000068
发送的信息对齐可行，发送端
Figure BDA0001500721150000069
和
Figure BDA00015007211500000610
发送的信息对齐可行,∩表示交集操作，
Figure BDA00015007211500000611
表示集合
Figure BDA00015007211500000612
的补集。
第2步，取每一对对齐可行信息的两个不同发送端天线数的最小值作为两个发送端的有效天线数，得到第一步中找出的多输入多输出MIMO干扰信道系统中所有接收端期望信息不同发送端的有效天线数。
根据对齐可行图构造一个只包含0，1元素的K×K维的对齐无冲突矩阵，剔除矩阵中以1元素表示的与接收端无关的发送端，得到矩阵中以0元素表示的与接收端有关发送端，按照如下步骤实现：
第1步，将同时满足以下两个条件的对齐无冲突矩阵的对应位置元素取值为1，否则取值为0：
Figure BDA00015007211500000613
Figure BDA0001500721150000071
其中，
Figure BDA0001500721150000072
表示不包含符号，b表示不同于接收端j和j+1的其他接收端。
第2步，将满足第一步条件的对齐无冲突矩阵中对应位置值为1的元素，同时又满足以下两个条件中任意一个条件的对齐无冲突矩阵中对应位置元素值更新为0，得到对齐无冲突矩阵：
Figure BDA0001500721150000073
Figure BDA0001500721150000074
其中，Abj表示对齐无冲突矩阵中的第b行第j列的元素，
Figure BDA0001500721150000075
表示空集符号。
第3步，关闭对齐无冲突矩阵中1元素表示的与接收端无关的多输入多输出MIMO干扰信道系统中的发送端，剩余0元素作为与多输入多输出MIMO干扰信道系统中每个接收端有关的发送端，对齐无冲突矩阵每一行中1的数目不同，与1对应与接收端无关的发送端数目不同，对于多输入多输出MIMO干扰信道系统中的每个接收端，至多有(K-g)个对应的发送端发送期望信号，其中，K表示多输入多输出MIMO干扰信道系统中发送端的总数，g表示遍历对齐无冲突矩阵每一行中1的数目的最小值。
步骤5，以信息共享的形式，构建多输入多输出MIMO干扰信道系统中每个发送端的发送数据向量如下：
Figure BDA0001500721150000076
其中，si表示多输入多输出MIMO干扰信道系统中第i个发送端的发送数据向量，<·>表示按列累加操作，
Figure BDA0001500721150000077
表示多输入多输出MIMO干扰信道系统中第j个接收端期望接收到的数据向量，H表示共轭转置操作，
Figure BDA0001500721150000078
表示所有与多输入多输出MIMO干扰信道系统中第i个发送端有连接关系的接收端序号的集合。
步骤6，获得多输入多输出MIMO干扰信道系统中每个发送端的发送信号向量：
第1步，按照下式，设计每个发送端的传输预编码矩阵：
Figure BDA0001500721150000079
其中，Di表示第i个发送端的传输预编码矩阵，vi表示单输入单输出干扰信道的拓扑干扰对齐中第i个发送端的预编码向量，
Figure BDA0001500721150000081
表示克罗内克积操作，
Figure BDA0001500721150000082
表示阶数为
Figure BDA0001500721150000083
的单位矩阵，
Figure BDA0001500721150000084
表示第j个接收端期望数据向量的有效发送端的天线总数。
第2步，发送端的发送数据向量利用传输预编码矩阵进行编码处理，得到每个发送端的发送信号向量。
步骤7，获得每个接收端接收到的信号向量：
按照下式，获得多输入多输出MIMO干扰信道系统中每个发送端与接收端之间的信道矩阵：
Figure BDA0001500721150000085
其中，
Figure BDA0001500721150000086
表示多输入多输出MIMO干扰信道系统中的第i个发送端到多输入多输出MIMO干扰信道系统中的第j个接收端之间对角线上全为信道系数矩阵Hji的信道矩阵，IF表示阶数等于扩展系数F的单位矩阵，该扩展系数F由发送信号向量的传输时隙确定，Hji表示多输入多输出MIMO干扰信道系统中的第i个发送端与第j个接收端之间的信道系数矩阵，维度为Nj×Mi。
将每个发送端的发送信号向量与信道矩阵相乘，按照下式，遍历K个对齐可行的信息对，忽略噪声对接收到信息的影响，得到多输入多输出MIMO干扰信道系统中每个接收端接收到的信号向量：
Figure BDA0001500721150000087
Figure BDA0001500721150000088
其中，yj表示多输入多输出MIMO干扰信道系统中第j个接收端接收到的信号向量，∈表示不属于符号，
Figure BDA0001500721150000089
表示与多输入多输出MIMO干扰信道系统中第j个接收端无关的发送端的序号的集合，
Figure BDA0001500721150000091
表示来自多输入多输出MIMO干扰信道系统中发送端
Figure BDA0001500721150000092
的包含信息
Figure BDA0001500721150000093
的信号向量，
Figure BDA0001500721150000094
表示来自多输入多输出MIMO干扰信道系统中发送端
Figure BDA0001500721150000095
的包含信息
Figure BDA0001500721150000096
的信号向量，
Figure BDA0001500721150000097
表示多输入多输出MIMO干扰信道系统中从第
Figure BDA0001500721150000098
个发送端到第j个接收端的信道矩阵的前
Figure BDA0001500721150000099
列，1(·)表示一个指示函数，满足括号里面的条件值为1，否则值为0。
步骤8，对哈密尔顿环场景下多输入多输出MIMO干扰信道系统中接收到的信号向量进行解码：
在哈密尔顿环场景下，对多输入多输出MIMO干扰信道系统中每个接收端，用干扰消除向量和空间保持矩阵的克罗内克积的形式，得到两个接收波束成形矩阵。
第1步，将接收到的信号向量重新划分为下式包含不同期望信号两部分，以便分别消除对多输入多输出MIMO干扰信道系统中每个接收端两个期望信号的干扰：
Figure BDA00015007211500000910
Figure BDA00015007211500000911
其中，yj表示多输入多输出MIMO干扰信道系统中第j个接收端接收到的信号向量，vj-1和vj分别表示两个期望信号的预编码向量，
Figure BDA00015007211500000912
和
Figure BDA00015007211500000913
分别表示多输入多输出MIMO干扰信道系统中第j个接收端的来自于发送端
Figure BDA00015007211500000914
和
Figure BDA00015007211500000915
的期望信号，
Figure BDA00015007211500000916
表示对期望信号
Figure BDA00015007211500000917
的干扰信号的传输空间矩阵，
Figure BDA00015007211500000918
Figure BDA00015007211500000919
表示对期望信号
Figure BDA00015007211500000920
的干扰信号的传输空间矩阵，
Figure BDA00015007211500000921
Figure BDA00015007211500000922
表示对期望信号
Figure BDA00015007211500000923
的干扰信号向量，
Figure BDA00015007211500000924
表示对期望信号
Figure BDA00015007211500000925
的干扰信号向量。
第2步，将与两个干扰信号传输空间矩阵中含有的干扰信号预编码向量乘积为零，且与期望信号的预编码向量乘积不为零的两个向量作为两个干扰消除向量，按照下式给出：
Figure BDA0001500721150000101
Figure BDA0001500721150000102
其中，
Figure BDA0001500721150000103
和
Figure BDA0001500721150000104
分别表示两个干扰信号传输空间矩阵中的干扰信号预编码向量组成的矩阵。
第3步，将与信道矩阵相乘后满秩，保证两个期望信号有充足的传输空间的两个矩阵作为两个空间保持矩阵，按照下式给出：
Figure BDA0001500721150000105
Figure BDA0001500721150000106
其中，
Figure BDA0001500721150000107
和
Figure BDA0001500721150000108
表示对多输入多输出MIMO干扰信道系统中对第j个接收端的期望信号的两个空间保持矩阵。
第4步，用两个干扰消除向量分别与两个空间保持矩阵进行克罗内克乘积，得到两个接收波束成形矩阵，按照下式给出：
Figure BDA0001500721150000109
Figure BDA00015007211500001010
其中，
Figure BDA00015007211500001011
表示多输入多输出MIMO干扰信道系统中对第j个接收端的第1个接收波束成形矩阵，
Figure BDA00015007211500001012
表示第1个干扰消除向量，
Figure BDA00015007211500001013
表示第1个期望信号的空间保持矩阵，
Figure BDA00015007211500001014
表示多输入多输出MIMO干扰信道系统中对第j个接收端的第2个接收波束成形矩阵，
Figure BDA00015007211500001015
表示第2个干扰消除向量，
Figure BDA00015007211500001016
表示第2个期望信号的。
分别用两个接收波束成形矩阵分别与多输入多输出MIMO干扰信道系统中接收到的信号向量相乘，得到解码处理后的多输入多输出MIMO干扰信道系统中每个接收端的无干扰信号向量，按照下式给出：
Figure BDA00015007211500001017
Figure BDA0001500721150000111
其中，
Figure BDA0001500721150000112
表示多输入多输出MIMO干扰信道系统中第j个接收端的第1个无干扰信号向量，
Figure BDA0001500721150000113
表示多输入多输出MIMO干扰信道系统中第j个接收端的第2个无干扰信号向量。
步骤9，结束干扰对齐。
通过以下仿真对本发明的效果做进一步的说明：
1.仿真条件。
本发明的仿真实验在matlab环境下进行，将多输入多输出干扰信道MIMO干扰信道系统的收发端天线数分别设置为2,4,6,8,10。
2.仿真内容。
用本发明和现有技术Jafar方案中拓扑干扰对齐方法，对图2中构建的多输入多输出MIMO干扰信道的部分连接模型，在收发端天线数分别为2,4,6,8,10时每个用户获得的自由度进行仿真，结果如图3所示。
图3中的横坐标表示收发端天线数，纵坐标表示每用户的自由度，以圆圈标示的直线表示现有技术Jafar方案中拓扑干扰对齐的结果，以星号标示的直线表示本发明拓扑干扰对齐的结果。
由图3中的仿真结果可以看出，随着收发端天线数的增加，每用户自由度呈线性增长趋势，当收发端天线数分别为2,4,6,8,10时，本发明拓扑干扰对齐的每用户自由度都高于现有技术Jafar方案中拓扑干扰对齐方法的每用户自由度。
由本发明的仿真实验结果表明，在收发端天线数相同的条件下，本发明使得系统中每个用户所自由度高于现有技术Jafar方案中拓扑干扰对齐方法的每用户自由度，系统性能更优。

Claims (6)

1.一种有哈密尔顿环的MIMO协作拓扑干扰对齐方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)设置系统参数：
将多输入多输出MIMO干扰信道系统中的每个发送端配置Mi根天线，每个接收端配置Nj根天线，其中，发送端与接收端的数目相等且Mi,Nj≥2，i表示发送端的序号，j表示接收端的序号，i,j∈{1,2...,K}，∈表示属于符号，K表示发送端与接收端的数目；
(2)构建多输入多输出MIMO干扰信道的部分连接模型：
将P≥η时的干扰链路设置为1，将P＜η时的干扰链路设置为0，忽略置0干扰链路对系统传输的影响，得到有发送端与接收端之间的连接关系的拓扑信息的MIMO干扰信道的部分连接模型；其中，P表示来自多个干扰链路的干扰功率之和，η表示根据MIMO干扰信道的传输要求设置的干扰门限；
(3)判断每个多输入多输出MIMO干扰信道系统中的发送端发送的当前期望信息是否满足对齐可行条件，若是，则执行步骤(4)，否则，执行步骤(9)；
(4)确定哈密尔顿环场景下的有效发送端：
(4a)以每个满足对齐可行条件的期望信息作为顶点，任意两个满足对齐可行条件的期望信息之间的对齐可行关系作为边，绘制对齐可行图；
(4b)从每个对齐可行图中，找出所有经过对齐可行图中所有顶点且只经过一次的哈密尔顿环；
(4c)找出每个哈密尔顿环中满足对齐可行条件的期望信息对应的所有多输入多输出MIMO干扰信道系统中的发送端；
(4d)构造一个只包含0，1元素的K×K维的满足对齐可行图条件的对齐无冲突矩阵，剔除对齐无冲突矩阵中以1元素表示的与接收端无关的多输入多输出MIMO干扰信道系统中的发送端，得到对齐无冲突矩阵中以0元素表示的与多输入多输出MIMO干扰信道系统中的接收端有关的发送端，确定哈密尔顿环场景下发送每个接收端期望信号的发送端数目；
(5)以信息共享的形式，构建多输入多输出MIMO干扰信道系统中相互协作的每个发送端的发送数据向量如下：
Figure FDA0002518509080000021
其中，si表示多输入多输出MIMO干扰信道系统中的第i个发送端的发送数据向量，<·>表示按列累加操作，
Figure FDA0002518509080000022
表示多输入多输出MIMO干扰信道系统中的第j个接收端期望接收到的数据向量，H表示共轭转置操作，
Figure FDA0002518509080000023
表示所有与多输入多输出MIMO干扰信道系统中第i个发送端有连接关系的接收端序号的集合；
(6)获得多输入多输出MIMO干扰信道系统中每个发送端的发送信号向量：
(6a)按照下式，设计多输入多输出MIMO干扰信道系统中的每个发送端的传输预编码矩阵：
Figure FDA0002518509080000024
其中，Di表示多输入多输出MIMO干扰信道系统中的第i个发送端的传输预编码矩阵，vi表示单输入单输出SISO干扰信道的拓扑干扰对齐中第i个发送端的预编码向量，
Figure FDA0002518509080000025
表示克罗内克积操作，
Figure FDA0002518509080000026
表示阶数为
Figure FDA0002518509080000027
的单位矩阵，
Figure FDA0002518509080000028
表示多输入多输出MIMO干扰信道系统中的第j个接收端期望数据向量的有效发送端的天线总数；
(6b)对多输入多输出MIMO干扰信道系统中的发送端的发送数据向量利用传输预编码矩阵进行编码处理，得到每个发送端的发送信号向量；
(7)获得多输入多输出MIMO干扰信道系统中的每个接收端接收到的信号向量：
(7a)按照下式，获得多输入多输出MIMO干扰信道系统中每个发送端与接收端之间的信道矩阵：
Figure FDA0002518509080000029
其中，
Figure FDA00025185090800000210
表示多输入多输出MIMO干扰信道系统中的第i个发送端到多输入多输出MIMO干扰信道系统中的第j个接收端之间对角线上全为信道系数矩阵Hji的信道矩阵，IF表示阶数等于扩展系数F的单位矩阵，该扩展系数F由发送信号向量的传输时隙确定，Hji表示多输入多输出MIMO干扰信道系统中的第i个发送端与第j个接收端之间的信道系数矩阵，维度为Nj×Mi；
(7b)将每个发送端的发送信号向量与信道矩阵相乘，得到多输入多输出MIMO干扰信道系统中每个接收端接收到的信号向量；
(8)对哈密尔顿环场景下接收到的多输入多输出MIMO干扰信道系统中信号向量进行解码：
(8a)在哈密尔顿环场景下，对多输入多输出MIMO干扰信道系统中每个接收端，用干扰消除向量和空间保持矩阵的克罗内克积的形式，设计两个接收波束成形矩阵；
(8b)用两个接收波束成形矩阵分别与多输入多输出MIMO干扰信道系统中接收到的信号向量相乘，得到解码处理后的多输入多输出MIMO干扰信道系统中每个接收端的无干扰信号向量；
(9)结束干扰对齐。
2.根据权利要求1所述的有哈密尔顿环的MIMO协作拓扑干扰对齐方法，其特征在于，步骤(3)中所述的对齐可行条件是指，同时满足
Figure FDA0002518509080000031
和
Figure FDA0002518509080000032
两个条件，其中，
Figure FDA0002518509080000033
表示与多输入多输出MIMO干扰信道系统中第j个接收端有连接的所有发送端序号的集合，
Figure FDA0002518509080000034
表示与多输入多输出MIMO干扰信道系统中第j+1个接收端有连接的所有发送端序号的集合，
Figure FDA0002518509080000035
表示不包含符号。
3.根据权利要求1所述有哈密尔顿环的MIMO协作拓扑干扰对齐方法，其特征在于，步骤(4b)中所述的所有经过对齐可行图中所有顶点且只经过一次的哈密尔顿环是指，哈密尔顿环中的任意相邻顶点是对齐可行的，且相邻对齐可行的期望信息沿着同一个预编码矩阵张成子空间传输，相邻对齐可行期望信息来自于不同且不产生相互干扰的发送端。
4.根据权利要求2所述有哈密尔顿环的MIMO协作拓扑干扰对齐方法，其特征在于，步骤(4c)中所述找出对齐可行条件的期望信息对应的所有多输入多输出MIMO干扰信道系统中的发送端是按照如下步骤实现的：
第一步，按照下式，遍历每个哈密尔顿环，找到多输入多输出MIMO干扰信道系统中每个接收端期望信息的发送端：
Figure FDA0002518509080000041
Figure FDA0002518509080000042
其中，
Figure FDA0002518509080000043
分别表示发送多输入多输出MIMO干扰信道系统中第j个接收端期望信息不同发送端，
Figure FDA0002518509080000044
和
Figure FDA0002518509080000045
表示与多输入多输出MIMO干扰信道系统中第j个接收端期望信息对齐可行的信息的发送端，发送端
Figure FDA0002518509080000046
和
Figure FDA0002518509080000047
发送的信息对齐可行，发送端
Figure FDA0002518509080000048
和
Figure FDA0002518509080000049
发送的信息对齐可行,∩表示交集操作，
Figure FDA00025185090800000410
表示集合
Figure FDA00025185090800000411
的补集；
第二步，取每一对对齐可行信息的两个不同发送端天线数的最小值作为两个发送端有效天线数，得到第一步中找出的多输入多输出MIMO干扰信道系统中所有接收端期望信息不同发送端的有效天线数。
5.根据权利要求4所述有哈密尔顿环的MIMO协作拓扑干扰对齐方法，其特征在于，步骤(4d)中所述的构造一个只包含0，1元素的K×K维的满足对齐可行图条件的对齐无冲突矩阵是按照如下步骤实现的：
第一步，将同时满足以下两个条件的对齐无冲突矩阵的对应位置元素取值为1，否则取值为0：
Figure FDA00025185090800000412
Figure FDA00025185090800000413
其中，
Figure FDA00025185090800000414
表示不包含符号，b表示不同于接收端j和j+1的其他接收端；
第二步，将满足第一步条件的对齐无冲突矩阵中对应位置值为1的元素，同时又满足以下两个条件中任意一个条件的对齐无冲突矩阵中对应位置元素值更新为0，得到对齐无冲突矩阵：
Figure FDA0002518509080000051
Figure FDA0002518509080000052
其中，Abj表示对齐无冲突矩阵中的第b行第j列的元素，
Figure FDA0002518509080000053
表示空集符号；
第三步，关闭对齐无冲突矩阵中1元素表示的与接收端无关的多输入多输出MIMO干扰信道系统中的发送端，剩余0元素作为与多输入多输出MIMO干扰信道系统中每个接收端有关的发送端，对齐无冲突矩阵每一行中1的数目不同，与1对应与接收端无关的发送端数目不同，对于多输入多输出MIMO干扰信道系统中的每个接收端，至多有(K-g)个对应的发送端发送期望信号，其中，K表示多输入多输出MIMO干扰信道系统中发送端的总数，g表示遍历对齐无冲突矩阵每一行中1的数目的最小值。
6.根据权利要求1所述有哈密尔顿环的MIMO协作拓扑干扰对齐方法，其特征在于，步骤(8a)中所述用干扰消除向量和空间保持矩阵的克罗内克积的形式，设计两个接收波束成形矩阵是按照如下步骤实现的：
第一步，将接收到的信号向量重新划分为下式包含不同期望信号两部分，以便分别消除对多输入多输出MIMO干扰信道系统中每个接收端两个期望信号的干扰：
Figure FDA0002518509080000054
Figure FDA0002518509080000055
其中，yj表示多输入多输出MIMO干扰信道系统中第j个接收端接收到的信号向量，vj-1和vj分别表示两个期望信号的预编码向量，
Figure FDA0002518509080000056
和
Figure FDA0002518509080000057
分别表示多输入多输出MIMO干扰信道系统中第j个接收端的来自于发送端
Figure FDA0002518509080000058
和
Figure FDA0002518509080000059
的期望信号，
Figure FDA00025185090800000510
表示对期望信号
Figure FDA00025185090800000511
的干扰信号的传输空间矩阵，
Figure FDA00025185090800000512
表示对期望信号
Figure FDA00025185090800000513
的干扰信号的传输空间矩阵，
Figure FDA00025185090800000514
表示对期望信号
Figure FDA00025185090800000515
的干扰信号向量，
Figure FDA00025185090800000516
表示对期望信号
Figure FDA00025185090800000517
的干扰信号向量；
第二步，将与两个干扰信号传输空间矩阵中含有的干扰信号预编码向量乘积为零，且与期望信号的预编码向量乘积不为零的两个向量作为两个干扰消除向量；
第三步，将与信道矩阵相乘后满秩，保证两个期望信号有充足的传输空间的两个矩阵作为两个空间保持矩阵；
第四步，用两个干扰消除向量分别与两个空间保持矩阵进行克罗内克乘积，得到两个接收波束成形矩阵。
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