CN117155432B - 可扩展的符号级预编码方法、系统、装置和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可扩展的符号级预编码方法、系统、装置和设备，本发明根据用户设备所属的动态合作集群，确定目标用户设备对应的强干扰用户设备；根据目标用户设备与各接入点之间的服务关系、与各接入点之间的信道状态信息、第个符号周期服务目标用户设备的接入点发送给目标用户设备的数据，确定目标用户设备对应的干扰矩阵；筛选相长干扰，确定目标用户设备和强干扰用户设备之间的目标信道相关矩阵；根据目标信道相关矩阵、第个符号周期服务目标用户设备的接入点发送给目标用户设备的数据，确定第个符号周期服务目标用户设备的接入点对应的发射信号，在不增加系统总能耗的基础上能够提高频谱效率。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体涉及一种可扩展的符号级预编码方法、系统、装置和设备。
背景技术
随着数字通信的不断进步，未来无线通信系统需要提供更高的数据发送速率，频谱效率的高低直接关系到用户设备的服务质量。为提高用户设备的服务质量，大量且密集的基站部署必不可少。然而，密集的基站部署与高密度的被服务的用户设备势必带来更多的用户设备间的干扰。绿色环保的新型无线通信系统架构与高效的预编码方案势必要成为未来无线通信系统的研究热点。无蜂窝大规模多输入多输出系统将大量接入点分布在覆盖区域中，每个接入点通过前传链路与边缘云处理器相连，核心网将任务通过回传链路分配到各个边缘云处理器。该系统架构能为用户设备提供服务更加均衡的工作模式，这完美契合了未来无线通信的要求。上述网络架构以用户设备为中心，通过多个接入点互相协作，缓解了无线通信系统的小区边缘效应；接入点通常距离用户设备较近，降低了能量损耗；接入点之间的互相协作，提高了用户设备接收到的信号强度，降低了多用户设备间的干扰；由于服务用户设备的接入点位于不同的位置，该网络架构提供了更高的系统宏分集增益，增强了系统的可靠性。
然而，该系统架构依旧存在很多需要解决的问题。随着被服务的用户设备数量的不断增多，“接入点——边缘云处理器——核心网”的系统架构意味着大量信息流需通过回传/前传链路发送到核心网与边缘云处理器。当系统服务的用户设备数量趋于无穷大时，现阶段处理器的运算能力与回传/前传链路容量不足以支撑如此庞大的信息量时，全局预编码方案并不可取。在二进制或多进制相移键控调制技术下，符号级预编码将接入点发送给强干扰用户设备的相长干扰并入期望信号中，增大期望信号与判决阈值之间的距离，降低系统误码率。若保持接入点发射功率恒定，符号级预编码的能量利用效率与用户设备频谱效率要高于迫零或者最小方差估计等传统预编码方案。
然而，如果将符号级预编码方案直接应用到该系统则需要进行全局计算，会导致系统的总功耗过高，因此，可扩展（即在用户设备数量不断增加时，整个系统计算复杂度并不随着用户设备数量而趋于无穷）的符号级预编码亟待实现。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种可扩展的符号级预编码方法、系统、装置和设备。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
第一方面，本发明提供了一种可扩展的符号级预编码方法，应用于无蜂窝大规模的多输入多输出系统中的处理器，所述多输入多输出系统包括多个用户设备、多个接入点和处理器，所述符号级预编码方法包括：
S1，确定各所述用户设备所属的动态合作集群；
S2，根据各所述用户设备所属的动态合作集群，确定目标用户设备对应的强干扰用户设备，其中，服务所述强干扰用户设备的接入点中至少有一个所述接入点也服务所述目标用户设备；
S3，根据所述目标用户设备与各所述接入点之间的服务关系、所述目标用户设备与各所述接入点之间的信道状态信息，以及第个符号周期服务所述目标用户设备的接入点发送给所述目标用户设备的数据，确定第/>个符号周期所述目标用户设备对应的干扰矩阵；
S4，筛选第个符号周期所述目标用户设备对应的干扰矩阵中的相长干扰，根据筛选结果，确定所述目标用户设备和所述强干扰用户设备之间的目标信道相关矩阵；
S5，根据所述目标用户设备对应的目标信道相关矩阵、第个符号周期服务所述目标用户设备的接入点发送给所述目标用户设备的数据，确定第/>个符号周期服务所述目标用户设备的接入点对应的发射信号。
第二方面，本发明还提供了一种无蜂窝大规模多输入多输出系统，多输入多输出系统包括多个用户设备、多个接入点和处理器；
所述处理器，用于确定各所述用户设备所属的动态合作集群；
所述处理器，还用于根据各所述用户设备所属的动态合作集群，确定目标用户设备对应的强干扰用户设备，其中，服务所述强干扰用户设备的接入点中至少有一个所述接入点也服务所述目标用户设备；
所述处理器，还用于根据所述目标用户设备与各所述接入点之间的服务关系、所述目标用户设备与各所述接入点之间的信道状态信息，以及第个符号周期服务所述目标用户设备的接入点发送给所述目标用户设备的数据，确定第/>个符号周期所述目标用户设备对应的干扰矩阵；
所述处理器，还用于筛选第个符号周期所述目标用户设备对应的干扰矩阵中的相长干扰，根据筛选结果，确定所述目标用户设备和所述强干扰用户设备之间的目标信道相关矩阵；
所述处理器，还用于根据所述目标用户设备对应的目标信道相关矩阵、第个符号周期服务所述目标用户设备的接入点发送给所述目标用户设备的数据，确定第/>个符号周期服务所述目标用户设备的接入点对应的发射信号。
第三方面，本发明提供了一种可扩展的符号级预编码装置，包括：
确定模块，用于确定各用户设备所属的动态合作集群；
所述确定模块，还用于根据各所述用户设备所属的动态合作集群，确定目标用户设备对应的强干扰用户设备，其中，服务所述强干扰用户设备的接入点中至少有一个所述接入点也服务所述目标用户设备；
所述确定模块，还用于根据目标用户设备与各所述接入点之间的服务关系、所述目标用户设备与各所述接入点之间的信道状态信息，以及第个符号周期服务所述目标用户设备的接入点发送给所述目标用户设备的数据，确定第/>个符号周期所述目标用户设备对应的干扰矩阵；
筛选模块，用于筛选第个符号周期所述目标用户设备对应的干扰矩阵的相长干扰，根据筛选结果，确定所述目标用户设备和所述强干扰用户设备之间的目标信道相关矩阵；
所述确定模块，还用于根据所述目标用户设备对应的目标信道相关矩阵、第个符号周期服务所述目标用户设备的接入点发送给所述目标用户设备的数据，确定第/>个符号周期服务所述目标用户设备的接入点对应的发射信号。
第四方面，本发明还提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行如第一方面所提供的方法。
第五方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所提供的方法。
本发明的有益效果：
本发明提供的可扩展的符号级预编码方法，不仅在系统中的用户设备不断增加的情况下，整个系统的计算复杂度不会随着用户设备数量增加而趋于无穷，而且在不增加系统总能耗的基础上能够有效提高频谱效率。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1为本发明提供的一种正交相移键控的星座图；
图2为本发明提供的一种符号级预编码在正交相移键控调制方式下的工作示意图；
图3为本发明提供的一种可扩展的符号级预编码方法的流程示意图；
图4为本发明提供的一种无蜂窝大规模多输入多输出系统的架构示意图；
图5为本发明提供的一种以用户设备为中心的动态合作集群示意图；
图6为本发明提供的一种实验结果示意图；
图7为本发明提供的一种可扩展的符号级预编码装置的结构示意图；
图8为本发明提供的一种电子设备的结构示意图。
通过上述附图，已示出本发明明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本发明构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
图1为本发明提供的一种正交相移键控（Quadrature Phase Shift Keying，QPSK）的星座图，如图1所示的正交相移键控，虚线所示区域代表相长干涉区域，即建设性区域。建设性的用户设备间干扰，即相长干扰，可以提高期望信号的强度、增加该信号与判决阈值之间的距离。
图2为本发明提供的一种符号级预编码在正交相移键控调制方式下的工作示意图，由于用户设备间的干扰噪声造成用户设备接收到的信号相位滑移，导致无法准确解码，即出现如图2所示的用户设备接收到的信号没有落在星座图的虚线所示区域的情况。图2对应如下表示式：
；
；
；
其中，表示信号的瞬时发射功率，/>，/>表示用户设备的数量，/>表示目标用户设备/>与所有接入点之间的服务关系，/>表示用于目标用户设备/>的预编码向量，/>表示在星座图中目标用户设备/>与期望信号之间的角度差，/>表示在星座图中用户设备/>与期望信号之间的角度差，/>和/>分别表示目标用户设备/>接收到的信号的虚部与实部，表示虚部，/>表示实部，/>表示用户设备/>与所有接入点之间的服务关系，/>表示所有接入点到用户设备/>的信道状态信息的转置，/>表示与目标用户设备/>使用相同接入点的用户设备序列，/>。/>、/>和/>都影响数据符号从星座图的原点移动到星座图的不同位置。系统能准确识别发送给用户设备的信号的最低功率阈值/>，如果用户设备接收到的信号落在建设性区域内（即图1的虚线所示区域），则该信号就能被准确解码。符号级预编码在不增大发射功率的前提下，能够将用户设备间的瞬时干扰分解为相长干扰与相消干扰。因此，利用已知的信道状态信息，通过符号级预编码对用户设备间的干扰进行筛选，则可以实现将数据符号推入图2所示的建设性区域之内，且在不增加系统功率消耗的同时还能够提高频谱效率。
基于上述分析，本发明提供了一种可扩展的符号级预编码方法、系统、装置和设备，该方法具体是一种基于建设性干扰的可扩展无蜂窝大规模多输入多输出系统预编码方案。
图3为本发明提供的一种可扩展的符号级预编码方法的流程示意图，该方法应用于无蜂窝大规模多输入多输出系统中的处理器。
图4为本发明提供的一种无蜂窝大规模多输入多输出系统的架构示意图，如图4所示，该系统包括多个用户设备、多个接入点和处理器，处理器具体可以是边缘云处理器，也可以是核心网。为求给用户设备带来更好的服务质量，第一代无蜂窝大规模多输入多输出系统中的任意用户设备被整个系统覆盖区域内的接入点服务。由于服务区域内的用户设备数量与接入点数量不断增加，系统的前传/回传链路与处理器的计算复杂度会随着两者数量的增加而增加。如果用户设备数量趋于无穷，该系统将不可实现。为了保证系统可扩展（即可实现），该系统必须满足以下三个约束：
1）每个接入点通过判断连接的用户设备的大尺度衰落，并选择具有最佳信道状态的用户设备作为该用户设备的主接入点。
2）每个指定服务任意用户设备的接入点将导频序列分配给接入到该接入点的所有用户设备，以减少导频污染。
3）接入点通过确定请求接入的用户设备是否已被分配导频与该用户设备的信道状态信息来确定其是否为该用户设备提供服务。
根据以上的约束，如图5所示的以用户设备为中心的动态合作集群应运而生。其中，每个半长划线圈定的区域代表服务不同用户设备的接入点组成的动态合作集群。每个动态合作集群内至少有一个接入点，以保证每个用户设备被服务。
如图3所示，该符号级预编码方法包括：
S1、确定各用户设备所属的动态合作集群。
动态合作集群的建立基于用户设备到接入点的大尺度衰落以及预设的筛选阈值。动态合作集群相关内容可参见图5。
S2、根据各用户设备所属的动态合作集群，确定目标用户设备对应的强干扰用户设备。
其中，服务强干扰用户设备的接入点中至少有一个接入点也服务目标用户设备。
S3、根据目标用户设备与各接入点之间的服务关系、目标用户设备与各接入点之间的信道状态信息，以及第个符号周期服务目标用户设备的接入点发送给目标用户设备的数据，确定第/>个符号周期目标用户设备对应的干扰矩阵。
强干扰为强干扰用户设备对目标用户设备造成的干扰。
符号级预编码通过将数据符号映射到不同的发送天线上并形成波束，有助于充分利用无蜂窝大规模多输入多输出系统的潜力，从而在传输过程中提高信号的传输速率和可靠性。
参考图4所示的系统架构，该系统包括个单天线的用户设备，/>个配备/>个天线的接入点。在系统覆盖范围内任意分布，接入点通过前传链路连接到边缘云处理器。考虑到无蜂窝大规模多输入多输出系统的特点，设/>。该系统用于信道估计的导频传输阶段与数据传输阶段使用时分复用协议，整个相干块/>被划分成导频训练阶段/>、上行数据传输阶段/>、下行数据传输阶段/>，以上三个阶段满足/>。假设/>表示接入点/>与目标用户设备/>之间的信道状态信息，/>，/>表示以期望为0、方差为/>的复高斯分布，/>表示接入点/>到目标用户设备/>的空间相关矩阵，/>，/>表示复数域，/>表示接入点的天线数。正半定矩阵/>包含接入点/>到目标用户设备/>的路径损耗、阴影衰落等大尺度衰落，并用复高斯分布对小尺度衰落进行建模。/>表示所有接入点到目标用户设备/>的信道状态信息，/>，/>表示接入点/>与目标用户设备/>之间的信道状态信息，其中/>，/>表示系统中接入点的天线总数，且每个接入点信道向量独立同分布，/>，/>表示接入点的总数量，/>，/>表示用户设备的数量，/>表示转置。
可选的，步骤S3包括：
S31、获取目标用户设备与各接入点之间的信道状态信息。
信道状态信息可以是由接入点根据用户设备发送的导频序列运算得到后发送至边缘云处理器的；也可以是由边缘云处理器根据接入点转发的用户设备的导频序列运算得到的。
针对由边缘云处理器根据接入点转发的用户设备的导频序列运算得到的信道状态信息，可选的，步骤S31包括：
a）、对接收到的目标用户设备发送的导频序列的信号执行解扩处理，得到处理后的接收信号。
处理后的接收信号表示为：
；
其中，表示处理后的接收信号，/>表示导频训练阶段的代号，/>表示目标用户设备/>的发射功率，/>表示导频长度，/>表示加性高斯白噪声，/>，表示复高斯分布，/>表示方差，/>表示单位矩阵，/>表示使用导频序列/>的用户设备集合，/>。
可选的，系统中存在个长度为/>的互相正交的导频序列。
b）、根据处理后的接收信号，估计目标用户设备与各接入点之间的信道状态信息。
估计的目标用户设备与各接入点之间的信道状态信息，表示为：
；
其中，表示估计的接入点/>与目标用户设备/>之间的信道状态信息，，/>表示数学期望预运算符，/>表示共轭转置，正半定矩阵/>描述了包括路径损耗、阴影衰落、天线增益和空间相关性的大尺度衰落，假设信道估计无误差。
当信道状态信息由接入点运算得到时，其具体运算步骤可参考上述步骤a）、b）。
步骤S32、根据目标用户设备与各接入点之间的信道状态信息、目标用户设备与各接入点之间的服务关系和第个符号周期服务目标用户设备的接入点发送给目标用户设备的数据，确定第/>个符号周期目标用户设备受到的任一强干扰用户设备的瞬时干扰。
确定第个符号周期目标用户设备受到的任一强干扰用户设备的瞬时干扰，表示为：
；
其中，表示第/>个符号周期目标用户设备/>受到的强干扰用户设备/>的瞬时干扰，/>，/>表示接入点/>与目标用户设备/>之间的服务关系矩阵，/>，其中/>，/>表示对角矩阵，/>表示0矩阵，/>表示接入点/>与目标用户设备/>之间的服务关系， 若接入点/>服务目标用户设备，则/>，否则/>，/>表示接入点/>与目标用户设备/>之间的信道状态信息，/>表示共轭转置，/>表示接入点/>与强干扰用户设备/>之间的信道状态信息，/>表示第/>个符号周期服务目标用户设备/>的接入点发送给目标用户设备/>的数据，，/>表示转置。
步骤S33、根据第个符号周期目标用户设备受到的任一强干扰用户设备的瞬时干扰，确定第/>个符号周期目标用户设备累计受到的强干扰用户设备的干扰。
第个符号周期目标用户设备累计受到的强干扰用户设备的干扰，表示为：
；
其中，表示第/>个符号周期目标用户设备/>累计受到的强干扰用户设备的干扰，/>表示与目标用户设备/>使用相同接入点的用户设备集合，/>，/>表示第/>个符号周期服务目标用户设备/>的接入点发送给目标用户设备/>的数据，，/>表示接入点/>与目标用户设备/>之间的服务关系矩阵，，其中/>，/>表示接入点/>与目标用户设备/>之间的服务关系，若接入点/>服务目标用户设备/>，则/>，否则/>，/>表示接入点/>与目标用户设备/>之间的信道状态信息。
步骤S34、根据第个符号周期目标用户设备累计受到的强干扰用户设备的干扰，确定第/>个符号周期目标用户设备对应的干扰矩阵。
干扰矩阵表示为：
；
其中，表示第/>个符号周期目标用户设备/>对应的干扰矩阵，/>表示与目标用户设备/>使用相同接入点的用户设备之间的信道相关矩阵，/>，/>。
需要说明的是，本发明中相关定义和表述可互为参考。
通过矩阵能够有效评估每个用户设备所在的动态合作集群的每个符号周期的符号间干扰。
S4、筛选第个符号周期目标用户设备对应的干扰矩阵中的相长干扰，根据筛选结果，确定目标用户设备和强干扰用户设备之间的目标信道相关矩阵。
可选的，S4包括：根据预设干扰判断公式对第个符号周期目标用户设备所对应的干扰矩阵进行处理，确定目标用户设备对应的相长干扰。
其中，预设干扰判断公式表示为：
；
其中，表示求和，/>表示且，/>表示矩阵的第/>行，/>表示/>的虚部，表示/>的实部。
正交相移键控调制所需要的信号为，用户设备间干扰需要在实轴与虚轴同时增加与判断阈值之间的距离来满足累计符号的建设性需求。当满足上述干扰判断公式则为相长干扰，否则为相消干扰。通过该预设干扰判断公式筛选后，能够保留相长干扰，剔除相消干扰。
结合图4所示的网络结构可知，各个接入点通过前传链路与边缘云处理器相连接，边缘云处理器通过回传链路连接到核心网，核心网和边缘云处理器都能够获得信道状态信息。
示例性的，核心网可以在符号信息发送前计算矩阵，判断每个动态合作集群内用户设备间的干扰，并通过上述的干扰判断公式对建设性干扰，即相长干扰，进行筛选，并剔除矩阵中的相消干扰，构成目标用户设备和强干扰用户设备之间的目标信道相关矩阵/>。
可选的，确定目标用户设备和强干扰用户设备之间的目标信道相关矩阵，包括：
基于预设的构造公式，根据目标用户设备对应的相长干扰确定目标用户设备和强干扰用户设备之间的目标信道相关矩阵，构造公式为：
；
其中，表示目标用户设备/>，/>表示强干扰用户设备/>，/>表示目标用户设备/>和强干扰用户设备/>之间的目标信道相关矩阵的第/>行第/>列个元素，/>表示寻找，/>表示如果，/>表示那么，/>表示否则。
该矩阵中的每个元素包括每个符号周期所有强干扰用户设备对目标用户设备造成的相长干扰。
可选的，构造公式表示为：
；
可选的，构造公式表示为：
；
S5、根据目标用户设备对应的目标信道相关矩阵、第个符号周期服务目标用户设备的接入点发送给目标用户设备的数据，确定第/>个符号周期服务目标用户设备的接入点对应的发射信号。
可选的，第个符号周期服务目标用户设备的接入点对应的发射信号表示为：
；
其中，表示第/>个符号周期服务目标用户设备/>的接入点对应的发射信号，/>表示缩放系数，/>，/>表示矩阵的迹，/>表示估计的所有接入点到目标用户设备/>的信道状态信息，/>表示估计的所有接入点到目标用户设备/>的信道状态信息的共轭转置，/>表示目标用户设备和强干扰用户设备之间的目标信道相关矩阵。
本发明提供的可扩展的符号级预编码方法，通过确定各用户设备所属的动态合作集群，动态合作集群的建立基于用户设备到接入点的大尺度衰落以及预设的筛选阈值；根据各用户设备所属的动态合作集群，确定目标用户设备对应的强干扰用户设备，其中，服务强干扰用户设备的接入点中至少有一个接入点也服务目标用户设备；根据目标用户设备与各接入点之间的服务关系、目标用户设备与各接入点之间的信道状态信息，以及第个符号周期服务目标用户设备的接入点发送给目标用户设备的数据，确定第/>个符号周期目标用户设备对应的干扰矩阵；筛选第/>个符号周期目标用户设备对应的干扰矩阵中的相长干扰，根据筛选结果，确定目标用户设备和强干扰用户设备之间的目标信道相关矩阵；根据目标用户设备对应的目标信道相关矩阵、第/>个符号周期服务目标用户设备的接入点发送给目标用户设备的数据，确定第/>个符号周期服务目标用户设备的接入点对应的发射信号。该方法不仅在系统中的用户设备不断增加的情况下，整个系统的计算复杂度不会随着用户设备数量增加而趋于无穷，而且在不增加系统总能耗的基础上能够有效提高频谱效率。
为了进一步佐证本发明的有益效果，本发明还提供了如下实验分析。
为与可扩展的符号级预编码方案做对比，引入三种常见预编码方案：集中式迫零预编码（P-ZF）、分布式迫零预编码（LFZF）、匹配滤波预编码（MR）。
集中式迫零预编码将服务目标用户设备的所有接入点接收和处理后的信道状态信息发送到边缘云处理器，经边缘云处理器的数据合并后统一进行预编码的计算。分布式迫零预编码省略了信道状态信息的发送过程，接入点仅对服务的用户设备进行预编码矩阵的计算，而不与其他接入点进行联合预编码的计算。匹配滤波预编码方案与分布式迫零预编码方案类似，只在接入点处进行预编码矩阵的运算。
假设，/>表示第/>个符号周期服务目标用户设备的接入点对应的发射信号的二范数平方的期望，本发明对应的目标用户设备/>的频谱效率为：
；
其中，表示本发明对应的目标用户设备/>的频谱效率，/>表示缩放系数平方后再求解数学期望，/>表示/>的模值平方后再求解数学期望，/>表示为目标用户设备/>提供相长干扰的接入点的天线数量的数学期望，/>表示/>的模值平方后再求解数学期望，/>表示为目标用户设备/>提供相消干扰的接入点的天线数量的数学期望，/>表示每个数据符号的发射能量，/>与/>分别表示为目标用户设备/>提供相长干扰与相消干扰的接入点的天线数量。
集中式迫零预编码、分布式迫零预编码、匹配滤波预编码对应的用户设备的频谱效率分别为：
；
；
；
其中，表示集中式迫零预编码对应的目标用户设备/>的频谱效率，/>表示分布式迫零预编码对应的目标用户设备/>的频谱效率，/>表示匹配滤波预编码对应的目标用户设备/>的频谱效率，/>，/>，，/>，，/>，/>表示数学期望，/>表示系统分配给用户设备/>的总发射功率，/>表示系统分配给目标用户设备/>的总发射功率，/>表示用户设备与所有接入点之间的服务关系，/>表示估计的所有接入点到用户设备/>的信道状态信息，表示接入点/>分配给目标用户设备/>的发射功率，/>表示接入点/>与目标用户设备/>之间的服务关系矩阵，/>表示接入点/>与目标用户设备/>之间的信道状态信息，/>表示估计的接入点/>与目标用户设备/>之间的信道状态信息，/>表示接入点/>分配给用户设备/>的发射功率，/>表示接入点/>与用户设备/>之间的服务关系矩阵，/>表示估计的接入点/>与用户设备/>之间的信道状态信息。
集中式迫零预编码的功率分配与分布式迫零预编码的功率分配如下所示：
集中式迫零预编码的功率分配：
；
其中，代表系统分配给目标用户设备/>的总发射功率，/>代表每个接入点的最大发射功率。
分布式迫零预编码的功率分配：
；
其中，表示接入点/>到目标用户设备/>的大尺度衰落，/>表示接入点/>到用户设备/>的大尺度衰落。/>代表接入点/>是否服务目标用户设备/>，若是，则/>，否则/>。
图6为本发明提供的一种实验结果示意图，如图6所示，本发明的可扩展的符号级预编码的实验结果为SLP对应的线条，集中式迫零预编码的实验结果为P-ZF对应的线条，分布式迫零预编码的实验结果为LFZF对应的线条，匹配滤波预编码的实验结果为MR对应的线条，由此可知，可扩展的符号级预编码相比于集中式迫零预编码、分布式迫零预编码、匹配滤波预编码，其频谱效率明显高于前三者。匹配滤波预编码由于无法消除用户设备间的干扰导致其效果最差，同时，集中式迫零预编码的频谱效率高于分布式迫零预编码。可扩展的符号级预编码可在不增加系统总能耗的前提下，提高系统的频谱效率，比前三者拥有更高的用户设备服务质量。可扩展的符号级预编码无疑是适合无蜂窝大规模多输入多输出系统的预编码方案，使得符号级预编码可在实际系统中实现，解决了符号级预编码无法在无蜂窝大规模多输入多输出系统中可扩展的问题。
本发明提供了一种无蜂窝大规模多输入多输出系统，系统包括多个用户设备、多个接入点和处理器。
处理器，用于确定各用户设备所属的动态合作集群，动态合作集群的建立基于用户设备到接入点的大尺度衰落以及预设的筛选阈值；
处理器，还用于根据各用户设备所属的动态合作集群，确定目标用户设备对应的强干扰用户设备，其中，服务强干扰用户设备的接入点中至少有一个接入点也服务目标用户设备；
处理器，还用于根据目标用户设备与各接入点之间的服务关系、目标用户设备与各接入点之间的信道状态信息，以及第个符号周期服务目标用户设备的接入点发送给目标用户设备的数据，确定第/>个符号周期目标用户设备对应的干扰矩阵；
处理器，还用于筛选第个符号周期目标用户设备对应的干扰矩阵的相长干扰，根据筛选结果，确定目标用户设备和强干扰用户设备之间的目标信道相关矩阵；
处理器，还用于根据目标用户设备对应的目标信道相关矩阵、第个符号周期服务目标用户设备的接入点发送给目标用户设备的数据，确定第/>个符号周期服务目标用户设备的接入点对应的发射信号。
图7为本发明提供的一种可扩展的符号级预编码装置的结构示意图，如图7所示，该装置包括：
确定模块71，用于确定各用户设备所属的动态合作集群，动态合作集群的建立基于用户设备到接入点的大尺度衰落以及预设的筛选阈值；
确定模块71，还用于根据各用户设备所属的动态合作集群，确定目标用户设备对应的强干扰用户设备，其中，服务强干扰用户设备的接入点中至少有一个接入点也服务目标用户设备；
确定模块71，还用于根据目标用户设备与各接入点之间的服务关系、目标用户设备与各接入点之间的信道状态信息，以及第个符号周期服务目标用户设备的接入点发送给目标用户设备的数据，确定第/>个符号周期目标用户设备对应的干扰矩阵；
筛选模块72，用于筛选第个符号周期目标用户设备对应的干扰矩阵的相长干扰，根据筛选结果，确定目标用户设备和强干扰用户设备之间的目标信道相关矩阵；
确定模块71，还用于根据目标用户设备对应的目标信道相关矩阵、第个符号周期服务目标用户设备的接入点发送给目标用户设备的数据，确定第/>个符号周期服务目标用户设备的接入点对应的发射信号。
该可扩展的符号级预编码装置可以执行上述实施例提供的可扩展的符号级预编码方法，其内容和效果可参考方法实施例部分，对此不再赘述。
本发明实施例还提供了一种电子设备，图8为本发明提供的一种电子设备的结构示意图，如图8所示，本实施例的电子设备包括：处理器81、存储器82；处理器81与存储器82通信连接。存储器82用于存储计算机程序。处理器81用于调用存储器82中存储的计算机程序，以实现上述实施例中的方法。
可选地，该电子设备还包括：收发器83，用于与其他设备实现通信。
该电子设备可以执行上述实施提供的可扩展的符号级预编码方法，其内容和效果可参考方法实施例部分，对此不再赘述。
上述电子设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect，PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，EISA)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。
存储器可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，计算机执行指令被处理器执行时用于实现如上述任一方法实施例中的方法。
该计算机可读存储介质所存储的计算机执行指令被处理器执行时能实现上述方法，其内容和效果可参考方法实施例部分，对此不再赘述。
本发明还提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时实现如上述任一方法实施例中的方法。
该计算机可读存储介质所存储的计算机执行指令被处理器执行时能实现上述方法，其内容和效果可参考方法实施例部分，对此不再赘述。
对于装置/电子设备/存储介质实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
本发明中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管在此结合各实施例对本申请进行了描述，然而，在实施所要求保护的本申请过程中，本领域技术人员通过查看附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
本领域技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、装置(设备)、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式，这里将它们都统称为“模块”或“系统”。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。计算机程序存储/分布在合适的介质中，与其它硬件一起提供或作为硬件的一部分，也可以采用其他分布形式，如通过Internet或其它有线或无线电信系统。
本发明是参照本发明实施例的方法、装置(设备)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种可扩展的符号级预编码方法，其特征在于，应用于无蜂窝大规模的多输入多输出系统中的处理器，所述多输入多输出系统包括多个用户设备、多个接入点和处理器，所述符号级预编码方法包括：
S1，确定各所述用户设备所属的动态合作集群；
S2，根据各所述用户设备所属的动态合作集群，确定目标用户设备对应的强干扰用户设备，其中，服务所述强干扰用户设备的接入点中至少有一个所述接入点也服务所述目标用户设备；
S3，根据所述目标用户设备与各所述接入点之间的服务关系、所述目标用户设备与各所述接入点之间的信道状态信息，以及第个符号周期服务所述目标用户设备的接入点发送给所述目标用户设备的数据，确定第/>个符号周期所述目标用户设备对应的干扰矩阵；
S4，筛选第个符号周期所述目标用户设备对应的干扰矩阵中的相长干扰，根据筛选结果，确定所述目标用户设备和所述强干扰用户设备之间的目标信道相关矩阵；
S5，根据所述目标用户设备对应的目标信道相关矩阵、第个符号周期服务所述目标用户设备的接入点发送给所述目标用户设备的数据，确定第/>个符号周期服务所述目标用户设备的接入点对应的发射信号；
所述S3包括：
S31，获取所述目标用户设备与各所述接入点之间的信道状态信息；
S32，根据所述目标用户设备与各所述接入点之间的信道状态信息、所述目标用户设备与各所述接入点之间的服务关系和第个符号周期服务所述目标用户设备的接入点发送给所述目标用户设备的数据，确定第/>个符号周期所述目标用户设备受到的任一强干扰用户设备的瞬时干扰，表示为：
；
其中， 表示第/>个符号周期所述目标用户设备/>受到的强干扰用户设备/>的瞬时干扰，/>，其中/>， />表示接入点/>与目标用户设备/>之间的服务关系矩阵，/>表示目标用户设备/>与所有接入点之间的服务关系，，其中/>，/>，/>表示接入点的总数量，，/>表示用户设备的数量，/>表示系统中接入点的天线总数，/>表示接入点的天线数，/>表示对角矩阵，/>表示复数域，/>表示单位矩阵，/>表示0矩阵，/>表示接入点/>与目标用户设备/>之间的服务关系，若接入点/>服务目标用户设备/>，则/>，否则，/>表示接入点/>与目标用户设备/>之间的信道状态信息，/>表示共轭转置，表示接入点/>与强干扰用户设备/>之间的信道状态信息，/>表示第/>个符号周期服务目标用户设备/>的接入点发送给目标用户设备/>的数据；
S33，根据第个符号周期所述目标用户设备受到的任一强干扰用户设备的瞬时干扰，确定第/>个符号周期所述目标用户设备累计受到的强干扰用户设备的干扰，表示为：
；
其中，表示第/>个符号周期所述目标用户设备/>累计受到的强干扰用户设备的干扰，/>表示与目标用户设备/>使用相同接入点的用户设备的集合，/>，/>表示第个符号周期服务目标用户设备/>的接入点发送给目标用户设备/>的数据符号，，其中/>，/>表示接入点/>与目标用户设备/>之间的服务关系矩阵，/>，其中/>，/>表示接入点/>与目标用户设备/>之间的服务关系，若接入点/>服务目标用户设备/>，则/>，否则/>，/>表示接入点/>与目标用户设备/>之间的信道状态信息；
S34，根据第个符号周期所述目标用户设备累计受到的强干扰用户设备的干扰，确定第/>个符号周期所述目标用户设备对应的干扰矩阵；
所述筛选第个符号周期所述目标用户设备对应的干扰矩阵中的相长干扰，包括：
根据预设干扰判断公式对第个符号周期所述目标用户设备所对应的干扰矩阵进行处理，确定所述目标用户设备对应的相长干扰，所述预设干扰判断公式表示为：
；
其中，表示求和，/>表示且，/>表示矩阵的第/>行，/>表示/>的虚部，表示/>的实部。
2.根据权利要求1所述的符号级预编码方法，其特征在于，所述确定所述目标用户设备和所述强干扰用户设备之间的目标信道相关矩阵，包括：
根据所述目标用户设备对应的相长干扰确定所述目标用户设备和所述强干扰用户设备之间的目标信道相关矩阵。
3.根据权利要求1或2所述的符号级预编码方法，其特征在于，第个符号周期服务所述目标用户设备的接入点对应的发射信号表示为：
；
其中，表示第/>个符号周期服务目标用户设备/>的接入点对应的发射信号，/>表示缩放系数，/>，/>表示矩阵的迹， />表示目标用户设备/>与所有接入点之间的服务关系，/>表示所有接入点到目标用户设备/>的信道状态信息，/>表示目标用户设备/>和强干扰用户设备之间的目标信道相关矩阵，/>表示估计的所有接入点到目标用户设备/>的信道状态信息，/>表示第/>个符号周期服务目标用户设备/>的接入点发送给目标用户设备/>的数据。
4.根据权利要求3所述的符号级预编码方法，其特征在于，所述S31包括：
对接收到的所述目标用户设备发送的导频序列的信号执行解扩处理，得到处理后的接收信号，表示为：
；
其中，表示处理后的接收信号，/>表示导频训练阶段的代号，/>表示目标用户设备/>的发射功率，/>表示导频长度，/>表示加性高斯白噪声，/>，/>表示复高斯分布，/>表示方差，/>表示使用导频序列/>的用户设备集合，/>，表示接入点/>与目标用户设备/>之间的信道状态信息；
根据所述处理后的接收信号，估计所述目标用户设备与各所述接入点之间的信道状态信息，表示为：
；
其中，表示估计的接入点/>与目标用户设备/>之间的信道状态信息，，/>表示数学期望预运算符，/>表示接入点/>到目标用户设备/>的空间相关矩阵，/>。
5.一种无蜂窝大规模的多输入多输出系统，用于实现如权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述多输入多输出系统包括多个用户设备、多个接入点和处理器；
所述处理器，用于确定各所述用户设备所属的动态合作集群；
所述处理器，还用于根据各所述用户设备所属的动态合作集群，确定目标用户设备对应的强干扰用户设备，其中，服务所述强干扰用户设备的接入点中至少有一个所述接入点也服务所述目标用户设备；
所述处理器，还用于根据所述目标用户设备与各所述接入点之间的服务关系、所述目标用户设备与各所述接入点之间的信道状态信息，以及第个符号周期服务所述目标用户设备的接入点发送给所述目标用户设备的数据，确定第/>个符号周期所述目标用户设备对应的干扰矩阵；
所述处理器，还用于筛选第个符号周期所述目标用户设备对应的干扰矩阵中的相长干扰，根据筛选结果，确定所述目标用户设备和所述强干扰用户设备之间的目标信道相关矩阵；
所述处理器，还用于根据所述目标用户设备对应的目标信道相关矩阵、第个符号周期服务所述目标用户设备的接入点发送给所述目标用户设备的数据，确定第/>个符号周期服务所述目标用户设备的接入点对应的发射信号。
6.一种可扩展的符号级预编码装置，用于实现如权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，包括：
确定模块，用于确定各用户设备所属的动态合作集群；
所述确定模块，还用于根据各所述用户设备所属的动态合作集群，确定目标用户设备对应的强干扰用户设备，其中，服务所述强干扰用户设备的接入点中至少有一个所述接入点也服务所述目标用户设备；
所述确定模块，还用于根据目标用户设备与各所述接入点之间的服务关系、所述目标用户设备与各所述接入点之间的信道状态信息，以及第个符号周期服务所述目标用户设备的接入点发送给所述目标用户设备的数据，确定第/>个符号周期所述目标用户设备对应的干扰矩阵；
筛选模块，用于筛选第个符号周期所述目标用户设备对应的干扰矩阵的相长干扰，根据筛选结果，确定所述目标用户设备和所述强干扰用户设备之间的目标信道相关矩阵；
所述确定模块，还用于根据所述目标用户设备对应的目标信道相关矩阵、第个符号周期服务所述目标用户设备的接入点发送给所述目标用户设备的数据，确定第/>个符号周期服务所述目标用户设备的接入点对应的发射信号。
7.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现如权利要求1-4中任一项所述的方法。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-4中任一项所述的方法。
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