CN110943798B - 基于缓存的siso x网络延迟csit干扰对齐方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于缓存的SISO X网络延迟CSIT干扰对齐方法，旨在提升SISO X网络系统的自由度，实现步骤为：设置两个基站多个用户的SISO X网络的系统参数，根据系统参数决定基站和用户的缓存内容，从而基站利用缓存的内容构建二阶信号，之后基站设计发送策略，发送策略分为多个阶段，根据信号的数量灵活选择不同的发送方式，每个阶段为不同个数的用户发送高阶信号，并且对用户进行分组，分别为每一组用户发送高阶信号，并且利用延迟的CSIT，在基站上生成更高阶的信号在下一个阶段发送。在最后一个阶段，基站发送最高阶信号，使得用户消除重叠的干扰空间，实现延迟CSIT的干扰对齐。

Description

基于缓存的SISO X网络延迟CSIT干扰对齐方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种延迟CSIT干扰对齐方法，具体涉及一种基于缓存的SISO X网络延迟CSIT干扰对齐方法，可用于消除包含两个基站以及多个用户SISO X网络中的干扰。

背景技术

随着多媒体业务的发展，无线网络的传输速率要求越来越高。由于干扰是制约传输速率的主要因素，因此干扰管理在无线网络中是一个重要挑战。

针对干扰问题，V.R.Cadambe和S.A.Jafar在2008年在IEEE Transactions onInformation Theory上发表了名为Interference alignment and degrees of freedomof the K-user interference channel的论文，提出了一种干扰对齐的干扰管理方法。干扰对齐的主要思想是通过设计发送波束成形矩阵和接收波束成形矩阵，使得在接收端不同时隙的接收信号的干扰信号空间重叠，从而使得接收端可以消除重叠的干扰，得到的没有干扰的接收信号，该技术能在多用户情况下确保每个用户得到相对较大的自由度。干扰对齐将干扰信号压缩到干扰空间中，干扰信号空间越小，期望信号空间越大，自由度越大，传输速率越高。

然而干扰对齐技术要求发射机知晓完美的信道状态信息，这在现实生活中是很难实现的。因为发射端的信道状态信息是通过接收端进行信道估计之后再反馈给发射端，然而在信道估计是会存在误差，在反馈时存在着时延。

针对完美信道状态信息难以获得的问题，Mohammad Ali Maddah-Ali和David Tse在2012年在IEEE Transactions on Information Theory上发表了名为Completely StaleTransmitter Channel State Information is Still Very Useful的论文，在MISO BC网络中实现了一种延迟信道状态信息CSIT的干扰对齐方法，该方法通过设计发送端的发送信号，使得接收端不同时隙的干扰信号空间相互重叠，压缩了干扰空间，接收端能够消除重叠的干扰，得到无干扰的期望信号，实现延迟CSIT的干扰对齐。

在无线网络中，SISO X网络是一种常见的单输入单输出网络。在该网络中，每个基站都能够给任意一个用户发送期望信号，基站发送给每个用户的期望信号相互混合，每个用户得到混合的信号，混合信号中除了用户自身期望的信号，其余信号都属于干扰。

为此，Mohammad Javad Abdoli和Akbar Ghasemi在2013年在IEEE Trans actionson Information Theory上发表了名为On the Degrees of Freedom of K-Use r SISOInterference and X Channels With Delayed CSIT的论文，在SISO X网络中实现了延迟CSIT的干扰对齐，该方法针对固定的信号数量使用延迟的CSIT设计从一阶信号开始的高阶信号，使得在接收端不同时隙的接收信号的干扰信号空间重叠，压缩了干扰信号的空间，接收端可以消除重叠的干扰得到无干扰的接收信号矢量，获得比完全不使用情况延迟CSIT下更高的自由度。另外，缓存也可以压缩干扰信号的空间，提升通信无线网络的自由度，Jingjing Zhang和Petros Elia在2017年在IEEE Transactions on Information Theory上发表了名为Fundament al Limits of Cache-Aided Wireless BC:Interplay ofCoded-Caching and CSIT Feedback的论文，提出了在多输入单输出的广播信道MISO BC中，延迟CSIT干扰对齐与缓存共同压缩干扰信号空间，能够增加MISO BC系统的自由度。该方法分为两个阶段，缓存阶段和传输阶段，在缓存阶段，基站和用户根据系统参数缓存相应内容，之后在传输阶段，根据缓存阶段缓存的内容，设计延迟CSIT的干扰对齐。

根据以上叙述，虽然目前有针对SISO X网络的延迟CSIT干扰对齐方法，但是该方法在构建高阶信号时没有考虑缓存压缩干扰信号空间的作用，由于在SISO X网络中，每个基站和用户都只配置有一根天线，信号传输的空间很小，干扰信号空间难以压缩，因此，缓存对于压缩干扰空间的效果能够很大的提升SISO X网络的自由度。同时，由于现有方案在传输过程中只考虑了固定的信号数量，因此仅适用于单一的场景。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提出一种基于缓存的SISO X网络延迟CSIT干扰对齐方法，旨在提升SISO X网络的自由度。

本发明的技术思路是：设置SISO X网络的系统参数，根据系统参数决定基站和用户的缓存内容，从而基站利用缓存的内容构建二阶信号，之后基站设计发送策略，发送策略分为多个阶段，根据信号的数量灵活选择不同的发送方式，每个阶段为不同个数的用户发送高阶信号，并且对用户进行分组，分别为每一组用户发送高阶信号，然后利用延迟的CSIT，在基站上生成更高阶的信号在下一个阶段发送。在最后一个阶段，基站发送最高阶信号，使得用户接收信号的干扰信号空间和之前的接收信号空间重叠，用户可以消除重叠的干扰得到无干扰的接收信号，其实现方案包括如下步骤：

(1)构建单输入单输出SISO X网络系统：

构建包括数据库、基站Tx_i和用户S_K的单输入单输出SISO X网络系统，i表示基站的序号，i＝{1,2}，S_K＝{Rx₁,Rx₂,…,Rx_j,…,Rx_K}，Rx_j表示第j个用户，K表示用户的总数，K≥3，其中：

所述数据库，用于存储文件W＝{W₁,W₂,…,W_n,…,W_N}，W_n表示包含F个数据包的第n个文件，每个数据包包含B个符号，F≥2K,B≥1，且

为整数，N表示文件的总数，N≥K；

所述基站Tx_i，用于对W_n中包含的

个数据包进行缓存，向S_K发送请求文件，获取延迟一个时隙的信道状态信息CSIT；

所述用户Rx_j，用于接收Tx_i发送的文件，对W_n包含的

个数据包进行缓存，获取瞬时的全局信道状态信息；

(2)基站Tx_i和用户S_K缓存子文件：

将W_n划分为两个各包含K个子文件的子文件集合

和子文件集合

并通过基站Tx₁对

进行缓存，通过用户Rx_j对子文件

进行缓存，同时通过基站Tx₂对

进行缓存，通过用户Rx_j对子文件

进行缓存；

(3)用户S_K向基站Tx_i发送请求：

假设K个用户的需求各不相同，用户Rx_j根据自身的需求，请求基站Tx_i向自己发送需求文件

d_j∈{1,2,…,N}；

(4)基站Tx_i构建二阶信号：

(4a)基站Tx_i对S_K中每两个用户进行组合，得到包含

个用户对的集合S₂，

其中

表示包含Rx_c与比Rx_c编号大的每个用户组成的用户对的集合，

{Rx_c,Rx_l}表示由用户Rx_c和用户Rx_l组合的用户对；

(4b)基站Tx_i通过{Rx_c,Rx_l}中需要发送给Rx_c的子文件

和需要发送给Rx_l的子文件

构建包含

个用户Rx_c和用户Rx_l需要的二阶信号集合

其中，

表示基站Tx_i通过子文件

中的第k个符号

和子文件

中的第k个符号构建的第k个用户Rx_c和用户Rx_l需要的二阶信号，

和

表示基站Tx_i随机生成的系数；

(5)基站Tx_i对二阶信号集合

进行划分：

基站Tx_i将二阶信号集合

划分为三个子集合

和

该三个子集合所包含的二阶信号的数量分别为p₁(2K-3)、q₁(K-1)和z₁个，其中，

r₁是p₁的余数，z₁是q₁的余数，q₁∈{0,1}；

(6)基站Tx_i判断p₁＝0是否成立，若是，执行步骤(13)，否则，取计数变量u₁＝1，并执行步骤(7)；

(7)基站Tx_i构建二阶信号向量并发送：

(7a)基站Tx₁按照由小到大的顺序，从

中选取(K-1)个未发送的二阶信号构建二阶信号向量w^[1|c,l]，并对w^[1|c,l]进行预编码，得到编码二阶信号向量x^[1|c,l]，x^[1|c,l]＝V^{[1 |c,l]}w^[1|c,l]，同时Tx₂按照由小到大的顺序，从

中选取(K-2)个未发送的二阶信号构建二阶信号向量w^[2|c,l]，并对w^[2|c,l]进行预编码，得到编码二阶信号向量x^[2|c,l]，x^[2|c,l]＝V^{[2 |c,l]}w^[2|c,l]，其中，V^[1|c,l]表示基站Tx₁随机生成预编码矩阵，V^[2|c,l]表示基站Tx₂随机生成的预编码矩阵；

(7b)基站Tx₁将编码二阶信号向量x^[1|c,l]发送至用户对{Rx_c,Rx_l}，基站Tx₂将编码二阶信号向量x^[2|c,l]发送至用户对{Rx_c,Rx_l}；

(8)用户Rx_j接收二阶信号向量：

用户Rx_j接收x^[1|c,l]经过信道编码后的信道编码信号向量

与x^[2|c,l]经过信道编码后的信道编码信号向量

叠加而成的信号向量

其中，j∈{1,2,…,K}，

表示基站Tx₁给用户对{Rx_c,Rx_l}发送信号向量时基站Tx₁到用户Rx_j的信道系数矩阵，

表示基站Tx₂给用户对{Rx_c,Rx_l}发送信号向量时基站Tx₂到用户Rx_j的信道系数矩阵，

(9)用户Rx_j′生成额外信号w^{[1|c,l；j′]}：

用户S_K中除用户对{Rx_c,Rx_l}以外的其他用户Rx_j′通过所接收的信号向量

以及

的左零向量

生成额外信号w^{[1|c,l；j′]}：

其中，j′∈S_K/{Rx_c,Rx_l}；

(10)基站Tx₁通过Tx_i发送

中的二阶信号构建三阶信号：

(10a)基站Tx₁对S_K中每三个用户进行组合，得到包含

个三个用户组合的集合S₃，

其中

表示包含Rx_c与比Rx_c编号大的用户中的每个两个用户的用户对的组成的三个用户组合的集合，

表示由用户Rx_j，Rx_c和编号比Rx_c大的每个用户组成的三个用户组合的集合；

，{Rx_j,Rx_c,Rx_l}表示用户Rx_j，Rx_c和Rx_l组合的三个用户组合；

(10b)基站Tx₁通过延迟的信道状态信息重构{Rx_j,Rx_c,Rx_l}中用户Rx_j、Rx_c、Rx_l在基站Tx_i给用户对{Rx_c,Rx_l}、{Rx_j,Rx_l}、{Rx_j,Rx_c}发送二阶信号时生成的额外信号w^{[1 |c,l；j]}、w^[1|j,l；c]、w^[1|j,c；l]，并通过该三个额外信号构建{Rx_j,Rx_c,Rx_l}需要的三阶信号

其中，k＝{2u₁-1,2u₁},α_k,β_k和γ_k是基站Tx₁选取的随机系数；

(11)基站Tx₂通过Tx_i发送

中的二阶信号构建三阶信号：

将基站Tx₁从

中所选取的未发送的二阶信号的数量(K-1)调整为(K-2)，同时将基站Tx₂从

中所选取的未发送的二阶信号的数量(K-2)调整为(K-1)，并执行步骤(7)-步骤(10)，得到基站Tx₂所构建的{Rx_j,Rx_c,Rx_l}需要的三阶信号

其中，k＝{2u₁-1,2u₁},α_k,β_k和γ_k是基站Tx₂选取的随机系数；

(12)基站Tx_i令u₁＝u₁+1，并判断u₁＞p₁是否成立，若是，执行步骤(13)，否则，执行步骤(7)；

(13)基站Tx_i判断q₁＝0是否成立：

基站Tx_i判断q₁＝0是否成立，若是，执行步骤(14)，否则，基站Tx₂使用一个时隙给用户对{Rx_c,Rx_l}发送

中第(K-1)个二阶信号；然后基站Tx₁通过

中的(K-1)个二阶信号重新构建w^[1|c,l]，同时Tx₂从

中按照由小到大的顺序选取(K-2)个二阶信号重新构建w^[2|c,l]，并按照步骤(7)-(10)的方法得到基站Tx₁所构建的{Rx_j,Rx_c,Rx_l}需要的两个三阶信号

和

并执行步骤(14)；

(14)基站Tx_i判断z₁＝0是否成立：

基站Tx_i判断z₁＝0是否成立，若是，执行步骤(15)，否则，通过时分多址TDMA给用户对{Rx_c,Rx_l}发送

中的z₁个二阶信号，并执行步骤(15)；

(15)基站Tx_i判断p₁＝0且q₁＝0是否成立，若是，实现延迟CSIT的干扰对齐，否则，令m＝3，并执行步骤(16)；

(16)基站Tx_i判断m＝K是否成立：

基站Tx_i判断m＝K是否成立，若是，使用TDMA给S_K发送K阶信号，并执行步骤(28)；否则，执行步骤(17)；

(17)基站Tx_i对m阶信号进行划分：

(17a)基站Tx_i对S_K中每m个用户进行组合，得到包含

个m用户组合的集合S_m，

其中，3≤m≤K-1，

表示第a个m用户组合；

(17b)基站Tx₁将(p_m-2+q_m-2)(m-1)个m阶信号划分为四个子集合

和

且

和

所包含的m阶信号数量分别为p_m-1[2(K-m)+1]、q_m-1(K-m+1)、z_m-1和q_m-2(m-1)个；基站Tx₂将p_m-2(m-1)个m阶信号划分为三个子集合

和

且

和

所包含的m阶信号数量分别为p_m-1[2(K-m)+1]、q_m-1(K-m+1)和z_m-1个，其中，

r_m-1是p_m-1的余数，z_m-1是q_m-1的余数，q_m-1∈{0,1}，p_m-2和q_m-2不同时为零；

(18)基站Tx_i判断p_m-1＝0是否成立，若是，执行步骤(25)，否则，取计数变量u_m-1＝1，并执行步骤(19)；

(19)基站Tx_i构建m阶信号向量并发送：

(19a)基站Tx₁按照由小到大的顺序，从

中选取(K-m+1)个未发送的m阶信号构建m阶信号向量

并对

进行预编码，得到编码m阶信号向量

同时Tx₂按照由小到大的顺序，从

中选取(K-m)个未发送的m阶信号构建m阶信号向量

并对

进行预编码，得到编码m阶信号向量

其中，

表示基站Tx₁随机生成预编码矩阵，

表示基站Tx₂随机生成的预编码矩阵；

(19b)基站Tx₁将编码m阶信号向量

发送至

基站Tx₂将编码m阶信号向量

发送至

(20)用户Rx_j接收m阶信号向量：

用户Rx_j接收

经过信道编码后的信道编码信号向量

与

经过信道编码后的信道编码信号向量

叠加而成的信号向量

其中，j∈{1,2,…,K}，

表示基站Tx₁给

发送信号向量时基站Tx₁到用户Rx_j的信道系数矩阵，

表示基站Tx₂给

发送信号向量时基站Tx₂到用户Rx_j的信道系数矩阵，

(21)用户Rx_j′生成额外信号

用户S_K中除

以外的其他用户Rx_j′通过所接收的信号向量

以及

的左零向量

生成额外信号

其中，

(22)基站Tx₁通过Tx_i发送

中的m阶信号构建(m+1)阶信号：

(22a)基站Tx₁对S_K中每(m+1)个用户进行组合，得到包含

个(m+1)个用户组合的集合S_m+1，

其中

表表示第a个(m+1)用户的组合；

(22b)基站Tx₁通过延迟的信道状态信息重构

中Rx_j′上生成的额外信号

基站Tx₁通过生成m个(m+1)个额外信号的线性组合构建m个(m+1)阶信号

k∈{mu_m-1-m+1,mu_m-1-m+2,…,mu_m-1}；

(23)基站Tx₂通过Tx_i发送

中的m阶信号构建(m+1)阶信号：：

将基站Tx₁从

中所选取的未发送的m阶信号的数量(K-m+1)调整为(K-m)，同时将基站Tx₂从

中所选取的未发送的m阶信号的数量(K-m)调整为(K-m+1)，并执行步骤(19)-步骤(22)，得到m个(m+1)阶信号

k∈{mu_m-1-m+1,mu_m-1-m+2,…,mu_m-1}；

(24)基站Tx_i令u_m-1＝u_m-1+1，并判断u_m-1＞p_m-1是否成立，若是，执行步骤(25)，否则，执行步骤(19)；

(25)基站Tx_i判断q_m-1＝0是否成立：

基站Tx_i判断q_m-1＝0是否成立，若是，执行步骤(26)，否则，基站Tx₂先使用一个时隙发送

中第(K-m+1)个m阶信号至

然后基站Tx₁通过

中(K-m+1)个m阶信号重新构建

同时基站Tx₂在

中按照由小到大的顺序选取(K-m)个m阶信号重新构建

并按照步骤(19)-(22)的方法得到基站Tx₁所构建的m个(m+1)阶信号

k∈{mp_m-1+1,mp_m-1+2,…,mp_m-1+m}，并执行步骤(26)；

(26)基站Tx_i判断z_m-1＝0是否成立：

基站Tx_i判断z_m-1＝0是否成立，若是，执行步骤(27)，否则，使用TDMA给

发送

中的z_m-1个m阶信号，并执行步骤(27)；

(27)基站Tx₁判断q_m-2＝0是否成立：

基站Tx₁判断q_m-2＝0是否成立，若是，执行步骤(28)，否则，使用TDMA发送

中的q_m-2(m-1)个m阶信号至

并执行步骤(28)；

(28)基站Tx_i判断p₁＝0且q₁＝0，或p_m-1＝0且q_m-1＝0，或m＝K是否成立：

基站Tx_i判断p₁＝0且q₁＝0，或p_m-1＝0且q_m-1＝0，或m＝K是否成立，若是，实现延迟CSIT的干扰对齐，否则，令m＝m+1，并执行步骤(16)。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1.本发明中基站通过每两个用户缓存的信号直接构建二阶信号，将两个用户缓存信号的空间重叠，由于两个用户缓存的信号对各自的用户都是干扰，从而使得干扰信号叠加到同一空间中，压缩了干扰信号空间，提升了系统的自由度，从而提高了系统的传输速率，仿真结果表明，本发明所获取的SISO X网络的自由度为2.58，与现有技术相比，提升了79％。

2.本发明在传输过程中考虑了任意的信号数量，使得基站在信号数量不同的情况下，灵活切换发送信号的策略，克服了现有的技术中基站只能发送固定的信号数量，仅能够在简单场景下实现延迟CSIT干扰对齐的问题，使得本发明应用场景更广，更符合现代通信的需求。

附图说明

图1是本发明的实现流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明作进一步详细描述：

参照图1，本发明包括如下步骤：

步骤1)构建单输入单输出SISO X网络系统：

构建包括数据库、基站Tx_i和用户S_K的单输入单输出SISO X网络系统，i表示基站的序号，i＝{1,2}，S_K＝{Rx₁,Rx₂,Rx₃}，Rx_j表示第j个用户，j∈{1,2,3}，K表示用户的总数，K＝3，其中：

所述数据库，用于存储文件W＝{W₁,W₂,W₃}，W_n,n∈{1,2,3}表示包含F个数据包的第n个文件，每个数据包包含B个符号，F＝6,B＝3；

所述基站Tx_i，用于对W_n中包含的3个数据包进行缓存，向S_K发送请求文件，获取延迟一个时隙的信道状态信息CSIT；

所述用户Rx_j，用于接收Tx_i发送的文件，对W_n包含的2个数据包进行缓存，获取瞬时的全局信道状态信息；

步骤2)基站Tx_i和用户S_K缓存子文件：

将W_n划分为两个各包含K个子文件的子文件集合

和子文件集合

并通过基站Tx₁对

进行缓存，通过用户Rx_j对子文件

进行缓存，同时通过基站Tx₂对

进行缓存，通过用户Rx_j对子文件

进行缓存；

步骤3)用户S_K向基站Tx_i发送请求：

假设K＝3个用户的需求各不相同，用户Rx₁请求基站Tx_i向自己发送需求文件W₁，用户Rx₂请求基站Tx_i向自己发送需求文件W₂，用户Rx₃请求基站Tx_i向自己发送需求文件W₃，；

步骤4)基站Tx_i构建二阶信号：

步骤4a)基站Tx_i对S_K中每两个用户进行组合，得到包含3个用户对的集合S₂，S₂＝{{Rx₁,Rx₂},{Rx₁,Rx₃},{Rx₂,Rx₃}}，{Rx_c,Rx_l}表示由用户Rx_c和用户Rx_l组合的用户对；

步骤4b)基站Tx_i通过{Rx₁,Rx₂}中需要发送给Rx₁的子文件

和需要发送给Rx₂的子文件

构建包含

个用户Rx₁和用户Rx₂需要的二阶信号集合

其中，

表示基站Tx_i通过子文件

中的第k个符号

和子文件

中的第k个符号

构建的第k个{Rx₁,Rx₂}需要的二阶信号，

和

表示基站Tx_i随机生成的系数，k∈{1,2,3}；在之后传输过程中，

对于Rx₁是干扰信号，

对于Rx₂是干扰信号，二阶信号

将两个干扰信号压缩到同一空间中；如果{Rx₁,Rx₂}能够得到

Rx₁因为已经缓存

便能消除

得到

Rx₂因为已经缓存

便能消除

得到

同样，基站Tx_i构建包含三个{Rx₁,Rx₃}需要的二阶信号集合

构建包含三个{Rx₂,Rx₃}需要的二阶信号集合

步骤5)基站Tx_i对二阶信号集合

进行划分：

基站Tx_i将二阶信号集合

划分为三个子集合

和

该三个子集合所包含的二阶信号的数量分别为p₁(2K-3)＝3、q₁(K-1)＝0和z₁＝0个，其中，

r₁＝0是p₁的余数，z₁＝0是q₁的余数，q₁∈{0,1}；

步骤6)基站Tx_i判断p₁＝0是否成立，若是，执行步骤13)，否则，取计数变量u₁＝1，并执行步骤7)；

步骤7)基站Tx_i构建二阶信号向量并发送：

步骤7a)基站Tx₁按照由小到大的顺序，从

中选取(K-1)＝2个未发送的二阶信号构建二阶信号向量w^[1|1,2]＝[w₁ ^[1|1,2],w₂ ^[1|1,2]]^H，并对w^[1|1,2]进行预编码，得到编码二阶信号向量

x^[1|1,2]＝V^[1|1,2]w^[1|1,2]，同时Tx₂按照由小到大的顺序，从

中选取(K-2)＝1个未发送的二阶信号w₁ ^[2|1,2]，并对w₁ ^[2|1,2]进行预编码，得到编码二阶信号向量

x^[2|1,2]＝V^[2|1,2]w₁ ^[2|1,2]，其中，

表示基站Tx₁随机生成预编码矩阵，

表示基站Tx₂随机生成的预编码向量；

步骤7b)基站Tx₁将编码二阶信号向量x^[1|1,2]发送至用户对{Rx₁,Rx₂}，基站Tx₂将编码二阶信号向量x^[2|1,2]发送至用户对{Rx₁,Rx₂}；

步骤8)用户Rx_j接收二阶信号向量：

用户Rx_j接收x^[1|1,2]经过信道编码后的信道编码信号向量

与x^[2|1,2]经过信道编码后的信道编码信号向量

叠加而成的信号向量

其中，j∈{1,2,3}，

表示基站Tx₁给用户对{Rx₁,Rx₂}发送信号向量时基站Tx₁到用户Rx_j的信道系数矩阵，

表示基站Tx₂给用户对{Rx₁,Rx₂}发送信号向量时基站Tx₂到用户Rx_j的信道系数矩阵，

步骤9)用户Rx₃、Rx₂、Rx₁生成额外信号w^[1|1,2；3]、w^[1|1,3；2]、w^[1|2,3；1]：

用户S_K中除用户对{Rx₁,Rx₂}以外的其他用户Rx₃通过所接收的信号向量

以及

的左零向量

生成额外信号w^[1|1,2；3]：

同样，Tx_i按照步骤7)的方法给用户对{Rx₁,Rx₃}发送二阶信号，从而Rx₂生成额外信号w^[1|1,3；2]，Tx_i按照步骤7)的方法给用户对{Rx₂,Rx₃}发送二阶信号，从而Rx₁生成额外信号w^[1|2,3；1]；

步骤10)基站Tx₁通过Tx_i发送

中的二阶信号构建三阶信号：

步骤10a)基站Tx₁对S_K中三个用户进行组合，得到一个组合{Rx₁,Rx₂,Rx₃}；

步骤10b)基站Tx₁通过延迟的信道状态信息重构{Rx₁,Rx₂,Rx₃}中用户Rx₁、Rx₂、Rx₃在基站Tx_i给用户对{Rx₂,Rx₃}、{Rx₁,Rx₃}、{Rx₁,Rx₂}发送二阶信号时生成的额外信号w^{[1 |2,3；1]}、w^[1|1,3；2]、w^[1|1,2；3]，并通过该三个额外信号构建{Rx₁,Rx₂,Rx₃}需要的三阶信号

其中，k＝{1,2},α_k,β_k和γ_k是基站Tx₁选取的随机系数；

步骤11)基站Tx₂通过Tx_i发送

中的二阶信号构建三阶信号：

步骤11a)基站Tx₁按照由小到大的顺序，从

中选取(K-1)＝1个未发送的二阶信号w₃ ^[1|1,2]，并对w₃ ^[1|1,2]进行预编码，得到编码二阶信号向量

x^[1|1,2]＝V^[1|1,2]w^[1|1,2]，同时Tx₂按照由小到大的顺序，从

中选取(K-2)＝2个未发送的二阶信号w^[2|1,2]＝[w₂ ^[2|1,2],w₃ ^[2|1,2]]^H，并对w^[2|1,2]进行预编码，得到编码二阶信号向量

x^[2|1,2]＝V^[2|1,2]w^[2|1,2]，其中，

表示基站Tx₁随机生成预编码向量，

表示基站Tx₂随机生成的预编码矩阵；

步骤11b)基站Tx₁将编码二阶信号向量x^[1|1,2]发送至用户对{Rx₁,Rx₂}，基站Tx₂将编码二阶信号向量x^[2|1,2]发送至用户对{Rx₁,Rx₂}；

步骤11c)用户Rx_j接收二阶信号向量：

用户Rx_j接收x^[1|1,2]经过信道编码后的信道编码信号向量

与x^[2|1,2]经过信道编码后的信道编码信号向量

叠加而成的信号向量

其中，j∈{1,2,3}，

表示基站Tx₁给用户对{Rx₁,Rx₂}发送信号向量时基站Tx₁到用户Rx_j的信道系数矩阵，

表示基站Tx₂给用户对{Rx₁,Rx₂}发送信号向量时基站Tx₂到用户Rx_j的信道系数矩阵，

步骤11d)用户Rx₃、Rx₂、Rx₁生成额外信号w^[2|1,2；3]、w^[2|1,3；2]、w^[2|2,3；1]：

用户S_K中除用户对{Rx₁,Rx₂}以外的其他用户Rx₃通过所接收的信号向量

以及

的左零向量

生成额外信号w^[2|1,2；3]：

同样，Tx_i按照步骤11a)的方法给用户对{Rx₁,Rx₃}发送二阶信号，从而Rx₂生成额外信号w^[2|1,3；2]，Tx_i按照步骤11b)的方法给用户对{Rx₂,Rx₃}发送二阶信号，从而Rx₁生成额外信号w^[2|2,3；1]；

步骤11e)基站Tx₂对S_K中三个用户进行组合，得到一个组合{Rx₁,Rx₂,Rx₃}；

步骤11f)基站Tx₂通过延迟的信道状态信息重构{Rx₁,Rx₂,Rx₃}中用户Rx₁、Rx₂、Rx₃在基站Tx_i给用户对{Rx₂,Rx₃}、{Rx₁,Rx₃}、{Rx₁,Rx₂}发送二阶信号时生成的额外信号w^{[2 |2,3；1]}、w^[2|1,3；2]、w^[2|1,2；3]，并通过该三个额外信号构建{Rx₁,Rx₂,Rx₃}需要的三阶信号

其中，k＝{1,2},α_k,β_k和γ_k是基站Tx₂选取的随机系数；

步骤12)基站Tx_i令u₁＝u₁+1，并判断u₁＞p₁是否成立，若是，执行步骤13)，否则，执行步骤7)；

步骤13)基站Tx_i判断q₁＝0是否成立：

基站Tx_i判断q₁＝0是否成立，若是，执行步骤14)，否则，基站Tx₂使用一个时隙给用户对{Rx_c,Rx_l}发送

中第(K-1)个二阶信号；然后基站Tx₁通过

中的(K-1)个二阶信号重新构建w^[1|c,l]，同时Tx₂从

中按照由小到大的顺序选取(K-2)个二阶信号重新构建w^[2|c,l]，并按照步骤7)-10)的方法得到基站Tx₁所构建的{Rx_j,Rx_c,Rx_l}需要的两个三阶信号

和

并执行步骤14)；

步骤14)基站Tx_i判断z₁＝0是否成立：

基站Tx_i判断z₁＝0是否成立，若是，执行步骤15)，否则，通过时分多址TDMA给用户对{Rx_c,Rx_l}发送

中的z₁个二阶信号，并执行步骤15)；

步骤15)基站Tx_i判断p₁＝0且q₁＝0是否成立，若是，实现延迟CSIT的干扰对齐，否则，令m＝3，并执行步骤16)；

步骤16)基站Tx_i判断m＝K是否成立：

基站Tx_i判断m＝K是否成立，若是，使用TDMA给S_K＝{Rx₁,Rx₂,Rx₃}发送K＝3阶信号，并执行步骤28)，否则，执行步骤17)；

步骤17)基站Tx_i对m阶信号进行划分：

步骤17a)基站Tx_i对S_K中每m个用户进行组合，得到包含

个m用户组合的集合S_m，

其中，3≤m≤K-1，

表示第a个m用户组合；

步骤17b)基站Tx₁将(p_m-2+q_m-2)(m-1)个m阶信号划分为四个子集合

和

且

和

所包含的m阶信号数量分别为p_m-1[2(K-m)+1]、q_m-1(K-m+1)、z_m-1和q_m-2(m-1)个；基站Tx₂将p_m-2(m-1)个m阶信号划分为三个子集合

和

且

和

所包含的m阶信号数量分别为p_m-1[2(K-m)+1]、q_m-1(K-m+1)和z_m-1个，其中，

r_m-1是p_m-1的余数，z_m-1是q_m-1的余数，q_m-1∈{0,1}，p_m-2和q_m-2不同时为零；

步骤18)基站Tx_i判断p_m-1＝0是否成立，若是，执行步骤25)，否则，取计数变量u_m-1＝1，并执行步骤19)；

步骤19)基站Tx_i构建m阶信号向量并发送：

步骤19a)基站Tx₁按照由小到大的顺序，从

中选取(K-m+1)个未发送的m阶信号构建m阶信号向量

并对

进行预编码，得到编码m阶信号向量

同时Tx₂按照由小到大的顺序，从

中选取(K-m)个未发送的m阶信号构建m阶信号向量

并对

进行预编码，得到编码m阶信号向量

其中，

表示基站Tx₁随机生成预编码矩阵，

表示基站Tx₂随机生成的预编码矩阵；

步骤19b)基站Tx₁将编码m阶信号向量

发送至

基站Tx₂将编码m阶信号向量

发送至

步骤20)用户Rx_j接收m阶信号向量：

用户Rx_j接收

经过信道编码后的信道编码信号向量

与

经过信道编码后的信道编码信号向量

叠加而成的信号向量

其中，j∈{1,2,…,K}，

表示基站Tx₁给

发送信号向量时基站Tx₁到用户Rx_j的信道系数矩阵，

表示基站Tx₂给

发送信号向量时基站Tx₂到用户Rx_j的信道系数矩阵，

步骤21)用户Rx_j′生成额外信号

用户S_K中除

以外的其他用户Rx_j′通过所接收的信号向量

以及

的左零向量

生成额外信号

其中，

步骤22)基站Tx₁通过Tx_i发送

中的m阶信号构建(m+1)阶信号：

步骤22a)基站Tx₁对S_K中每(m+1)个用户进行组合，得到包含

个(m+1)个用户组合的集合S_m+1，

其中

表表示第a个(m+1)用户的组合；

步骤22b)基站Tx₁通过延迟的信道状态信息重构

中Rx_j′上生成的额外信号

基站Tx₁通过生成m个(m+1)个额外信号的线性组合构建m个(m+1)阶信号

k∈{mu_m-1-m+1,mu_m-1-m+2,…,mu_m-1}；

步骤23)基站Tx₂通过Tx_i发送

中的m阶信号构建(m+1)阶信号：：

将基站Tx₁从

中所选取的未发送的m阶信号的数量(K-m+1)调整为(K-m)，同时将基站Tx₂从

中所选取的未发送的m阶信号的数量(K-m)调整为(K-m+1)，并执行步骤19)-步骤22)，得到m个(m+1)阶信号

k∈{mu_m-1-m+1,mu_m-1-m+2,…,mu_m-1}；

步骤24)基站Tx_i令u_m-1＝u_m-1+1，并判断u_m-1＞p_m-1是否成立，若是，执行步骤25)，否则，执行步骤19)；

步骤25)基站Tx_i判断q_m-1＝0是否成立：

基站Tx_i判断q_m-1＝0是否成立，若是，执行步骤26)，否则，基站Tx₂先使用一个时隙发送

中第(K-m+1)个m阶信号至

然后基站Tx₁通过

中(K-m+1)个m阶信号重新构建

同时基站Tx₂在

中按照由小到大的顺序选取(K-m)个m阶信号重新构建

并按照步骤19)-22)的方法得到基站Tx₁所构建的m个(m+1)阶信号

k∈{mp_m-1+1,mp_m-1+2,…,mp_m-1+m}，并执行步骤26)；

步骤26)基站Tx_i判断z_m-1＝0是否成立：

基站Tx_i判断z_m-1＝0是否成立，若是，执行步骤27)，否则，使用TDMA给

发送

中的z_m-1个m阶信号，并执行步骤27)；

步骤27)基站Tx₁判断q_m-2＝0是否成立：

基站Tx₁判断q_m-2＝0是否成立，若是，执行步骤28)，否则，使用TDMA发送

中的q_m-2(m-1)个m阶信号至

并执行步骤28)；

步骤28)基站Tx_i判断p₁＝0且q₁＝0，或p_m-1＝0且q_m-1＝0，或m＝K是否成立：

基站Tx_i判断p₁＝0且q₁＝0，或p_m-1＝0且q_m-1＝0，或m＝K是否成立，若是，实现延迟CSIT的干扰对齐，否则，令m＝m+1，并执行步骤16)。

Claims (1)

1.一种基于缓存的SISO X网络延迟CSIT干扰对齐方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)构建单输入单输出SISO X网络系统：

构建包括数据库、基站Tx_i和用户S_K的单输入单输出SISO X网络系统，i表示基站的序号，i＝{1,2}，S_K＝{Rx₁,Rx₂,…,Rx_j,…,Rx_K}，Rx_j表示第j个用户，K表示用户的总数，K≥3，其中：

所述数据库，用于存储文件W＝{W₁,W₂,…,W_n,…,W_N}，W_n表示包含F个数据包的第n个文件，每个数据包包含B个符号，F≥2K,B≥1，且

为整数，N表示文件的总数，N≥K；

所述基站Tx_i，用于对W_n中包含的

个数据包进行缓存，向S_K发送请求文件，获取延迟一个时隙的信道状态信息CSIT；

所述用户Rx_j，用于接收Tx_i发送的文件，对W_n包含的

个数据包进行缓存，获取瞬时的全局信道状态信息；

(2)基站Tx_i和用户S_K缓存子文件：

将W_n划分为两个各包含K个子文件的子文件集合W_n ¹和子文件集合W_n ²，

并通过基站Tx₁对

进行缓存，通过用户Rx_j对子文件

进行缓存，同时通过基站Tx₂对

进行缓存，通过用户Rx_j对子文件

进行缓存；

(3)用户S_K向基站Tx_i发送请求：

假设K个用户的需求各不相同，用户Rx_j根据自身的需求，请求基站Tx_i向自己发送需求文件

d_j∈{1,2,…,N}；

(4)基站Tx_i构建二阶信号：

(4a)基站Tx_i对S_K中每两个用户进行组合，得到包含

个用户对的集合S₂，

其中

表示包含Rx_c与比Rx_c编号大的每个用户组成的用户对的集合，

{Rx_c,Rx_l}表示由用户Rx_c和用户Rx_l组合的用户对；

(4b)基站Tx_i通过{Rx_c,Rx_l}中需要发送给Rx_c的子文件

和需要发送给Rx_l的子文件

构建包含

个用户Rx_c和用户Rx_l需要的二阶信号集合

其中，

表示基站Tx_i通过子文件

中的第k个符号

和子文件

中的第k个符号构建的第k个用户Rx_c和用户Rx_l需要的二阶信号，

和

表示基站Tx_i随机生成的系数；

(5)基站Tx_i对二阶信号集合

进行划分：

基站Tx_i将二阶信号集合

划分为三个子集合

和

该三个子集合所包含的二阶信号的数量分别为p₁(2K-3)、q₁(K-1)和z₁个，其中，

r₁是p₁的余数，z₁是q₁的余数，q₁∈{0,1}；

(6)基站Tx_i判断p₁＝0是否成立，若是，执行步骤(13)，否则，取计数变量u₁＝1，并执行步骤(7)；

(7)基站Tx_i构建二阶信号向量并发送：

(7a)基站Tx₁按照由小到大的顺序，从

中选取(K-1)个未发送的二阶信号构建二阶信号向量w^[1|c,l]，并对w^[1|c,l]进行预编码，得到编码二阶信号向量x^[1|c,l]，x^[1|c,l]＝V^[1|c,l]w^[1|c,l]，同时Tx₂按照由小到大的顺序，从

中选取(K-2)个未发送的二阶信号构建二阶信号向量w^[2|c,l]，并对w^[2|c,l]进行预编码，得到编码二阶信号向量x^[2|c,l]，x^[2|c,l]＝V^[2|c,l]w^[2|c,l]，其中，V^[1|c,l]表示基站Tx₁随机生成预编码矩阵，V^[2|c,l]表示基站Tx₂随机生成的预编码矩阵；

(7b)基站Tx₁将编码二阶信号向量x^[1|c,l]发送至用户对{Rx_c,Rx_l}，基站Tx₂将编码二阶信号向量x^[2|c,l]发送至用户对{Rx_c,Rx_l}；

(8)用户Rx_j接收二阶信号向量：

用户Rx_j接收x^[1|c,l]经过信道编码后的信道编码信号向量

与x^[2|c,l]经过信道编码后的信道编码信号向量

叠加而成的信号向量

其中，j∈{1,2,…,K}，

表示基站Tx₁给用户对{Rx_c,Rx_l}发送信号向量时基站Tx₁到用户Rx_j的信道系数矩阵，

表示基站Tx₂给用户对{Rx_c,Rx_l}发送信号向量时基站Tx₂到用户Rx_j的信道系数矩阵，

(9)用户Rx_j′生成额外信号w^{[1|c,l；j′]}：

用户S_K中除用户对{Rx_c,Rx_l}以外的其他用户Rx_j′通过所接收的信号向量

以及

的左零向量

生成额外信号w^{[1|c,l；j′]}：

其中，j′∈S_K/{Rx_c,Rx_l}；

(10)基站Tx₁通过Tx_i发送

中的二阶信号构建三阶信号：

(10a)基站Tx₁对S_K中每三个用户进行组合，得到包含

个三个用户组合的集合S₃，

其中

表示包含Rx_c与比Rx_c编号大的用户中的每个两个用户的用户对的组成的三个用户组合的集合，

表示由用户Rx_j，Rx_c和编号比Rx_c大的每个用户组成的三个用户组合的集合；

表示用户Rx_j，Rx_c和Rx_l组合的三个用户组合；

(10b)基站Tx₁通过延迟的信道状态信息重构{Rx_j,Rx_c,Rx_l}中用户Rx_j、Rx_c、Rx_l在基站Tx_i给用户对{Rx_c,Rx_l}、{Rx_j,Rx_l}、{Rx_j,Rx_c}发送二阶信号时生成的额外信号w^[1|c,l；j]、w^{[1 |j,l；c]}、w^[1|j,c；l]，并通过该三个额外信号构建{Rx_j,Rx_c,Rx_l}需要的三阶信号

其中，k＝{2u₁-1,2u₁},α_k,β_k和γ_k是基站Tx₁选取的随机系数；

(11)基站Tx₂通过Tx_i发送

中的二阶信号构建三阶信号：

将基站Tx₁从

中所选取的未发送的二阶信号的数量(K-1)调整为(K-2)，同时将基站Tx₂从

中所选取的未发送的二阶信号的数量(K-2)调整为(K-1)，并执行步骤(7)-步骤(10)，得到基站Tx₂所构建的{Rx_j,Rx_c,Rx_l}需要的三阶信号

其中，k＝{2u₁-1,2u₁},α_k,β_k和γ_k是基站Tx₂选取的随机系数；

(12)基站Tx_i令u₁＝u₁+1，并判断u₁＞p₁是否成立，若是，执行步骤(13)，否则，执行步骤(7)；

(13)基站Tx_i判断q₁＝0是否成立：

基站Tx_i判断q₁＝0是否成立，若是，执行步骤(14)，否则，基站Tx₂使用一个时隙给用户对{Rx_c,Rx_l}发送

中第(K-1)个二阶信号；然后基站Tx₁通过

中的(K-1)个二阶信号重新构建w^[1|c,l]，同时Tx₂从

中按照由小到大的顺序选取(K-2)个二阶信号重新构建w^[2|c,l]，并按照步骤(7)-(10)的方法得到基站Tx₁所构建的{Rx_j,Rx_c,Rx_l}需要的两个三阶信号

和

并执行步骤(14)；

(14)基站Tx_i判断z₁＝0是否成立：

基站Tx_i判断z₁＝0是否成立，若是，执行步骤(15)，否则，通过时分多址TDMA给用户对{Rx_c,Rx_l}发送

中的z₁个二阶信号，并执行步骤(15)；

(15)基站Tx_i判断p₁＝0且q₁＝0是否成立，若是，实现延迟CSIT的干扰对齐，否则，令m＝3，并执行步骤(16)；

(16)基站Tx_i判断m＝K是否成立：

基站Tx_i判断m＝K是否成立，若是，使用TDMA给所有用户发送K阶信号，并执行步骤(28)；否则，执行步骤(17)；

(17)基站Tx_i对m阶信号进行划分：

(17a)基站Tx_i对S_K中每m个用户进行组合，得到包含

个m用户组合的集合S_m，

其中，3≤m≤K-1，

表示第a个m用户组合；

(17b)基站Tx₁将(p_m-2+q_m-2)(m-1)个m阶信号划分为四个子集合

和

且

和

所包含的m阶信号数量分别为p_m-1[2(K-m)+1]、q_m-1(K-m+1)、z_m-1和q_m-2(m-1)个；基站Tx₂将p_m-2(m-1)个m阶信号划分为三个子集合

和

且

和

所包含的m阶信号数量分别为p_m-1[2(K-m)+1]、q_m-1(K-m+1)和z_m-1个，其中，

r_m-1是p_m-1的余数，z_m-1是q_m-1的余数，q_m-1∈{0,1}，p_m-2和q_m-2不同时为零；

(18)基站Tx_i判断p_m-1＝0是否成立，若是，执行步骤(25)，否则，取计数变量u_m-1＝1，并执行步骤(19)；

(19)基站Tx_i构建m阶信号向量并发送：

(19a)基站Tx₁按照由小到大的顺序，从

中选取(K-m+1)个未发送的m阶信号构建m阶信号向量

并对

进行预编码，得到编码m阶信号向量

同时Tx₂按照由小到大的顺序，从

中选取(K-m)个未发送的m阶信号构建m阶信号向量

并对

进行预编码，得到编码m阶信号向量

其中，

表示基站Tx₁随机生成预编码矩阵，

表示基站Tx₂随机生成的预编码矩阵；

(19b)基站Tx₁将编码m阶信号向量

发送至

基站Tx₂将编码m阶信号向量

发送至

(20)用户Rx_j接收m阶信号向量：

用户Rx_j接收

经过信道编码后的信道编码信号向量

与

经过信道编码后的信道编码信号向量

叠加而成的信号向量

其中，j∈{1,2,…,K}，

表示基站Tx₁给

发送信号向量时基站Tx₁到用户Rx_j的信道系数矩阵，

表示基站Tx₂给

发送信号向量时基站Tx₂到用户Rx_j的信道系数矩阵，

(21)用户Rx_j′生成额外信号

用户S_K中除

以外的其他用户Rx_j′通过所接收的信号向量

以及

的左零向量

生成额外信号

其中，

(22)基站Tx₁通过Tx_i发送

中的m阶信号构建(m+1)阶信号：

(22a)基站Tx₁对S_K中每(m+1)个用户进行组合，得到包含

个(m+1)个用户组合的集合S_m+1，

其中

表表示第a个(m+1)用户的组合；

(22b)基站Tx₁通过延迟的信道状态信息重构

中Rx_j′上生成的额外信号

基站Tx₁通过生成m个(m+1)个额外信号的线性组合构建m个(m+1)阶信号

k∈{mu_m-1-m+1,mu_m-1-m+2,…,mu_m-1}；

(23)基站Tx₂通过Tx_i发送

中的m阶信号构建(m+1)阶信号：：

将基站Tx₁从

中所选取的未发送的m阶信号的数量(K-m+1)调整为(K-m)，同时将基站Tx₂从

中所选取的未发送的m阶信号的数量(K-m)调整为(K-m+1)，并执行步骤(19)-步骤(22)，得到m个(m+1)阶信号

k∈{mu_m-1-m+1,mu_m-1-m+2,…,mu_m-1}；

(24)基站Tx_i令u_m-1＝u_m-1+1，并判断u_m-1＞p_m-1是否成立，若是，执行步骤(25)，否则，执行步骤(19)；

(25)基站Tx_i判断q_m-1＝0是否成立：

基站Tx_i判断q_m-1＝0是否成立，若是，执行步骤(26)，否则，基站Tx₂先使用一个时隙发送

中第(K-m+1)个m阶信号至

然后基站Tx₁通过

中(K-m+1)个m阶信号重新构建

同时基站Tx₂在

中按照由小到大的顺序选取(K-m)个m阶信号重新构建

并按照步骤(19)-(22)的方法得到基站Tx₁所构建的m个(m+1)阶信号

k∈{mp_m-1+1,mp_m-1+2,…,mp_m-1+m}，并执行步骤(26)；

(26)基站Tx_i判断z_m-1＝0是否成立：

基站Tx_i判断z_m-1＝0是否成立，若是，执行步骤(27)，否则，使用TDMA给

发送

中的z_m-1个m阶信号，并执行步骤(27)；

(27)基站Tx₁判断q_m-2＝0是否成立：

基站Tx₁判断q_m-2＝0是否成立，若是，执行步骤(28)，否则，使用TDMA发送

中的q_m-2(m-1)个m阶信号至

并执行步骤(28)；

(28)基站Tx_i判断p₁＝0且q₁＝0，或p_m-1＝0且q_m-1＝0，或m＝K是否成立：

基站Tx_i判断p₁＝0且q₁＝0，或p_m-1＝0且q_m-1＝0，或m＝K是否成立，若是，实现延迟CSIT的干扰对齐，否则，令m＝m+1，并执行步骤(16)。

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