[发明专利]一种基于MIMO‑VFDM的多用户认知网络预编码优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)和范德蒙子空间频分复用(Vandermonde-subspace Frequency Division Multiplexing,VFDM)传输的多用户两层认知网络预编码的优化设计方案，用于抑制二层认知网络中用户间的干扰并最大化二层网络的信道容量。

背景技术

无线业务的持续增长导致了频域资源越来越稀缺，因此高频谱利用率的无线传输成为现代通信的研究热点。认知网络等两层网络的部署是一种解决频谱资源的可行方案。在基于认知无线电技术的两层网络通信系统中，小小区(small-cells,SCs)作为第二层网络被布置在宏小区(macro-cell,MC)的周边并与其共享频谱传输。MC对共享频谱具有优先使用权，二层网络机会式接入频谱且必须确保对MC不产生干扰或产生的干扰在可容忍范围内。因此如何控制SCs对MC的干扰成为两层认知网络的实施中研究的主要问题。

VFDM技术作为一种新兴的解决认知网络干扰控制问题的方法，利用了块传输系统(如OFDM系统)中循环前缀提供的频带冗余为SCs建立新的传输链路并且不会干扰MC的正常通信。采用VFDM后，二层发射机发出的信号通过层间预编码(Cross-Tier Precoder,CTP)被约束到二层网络到一层网络干扰信道的零空间里。之后，采用层内预编码(Intra-Tier Precoder,ITP)来控制SC内部用户间的相互干扰。

文献1“Channel estimation impact for lte small cells based on mu-vfdm[Wireless Communications and Networking Conference(WCNC),IEEE,2012:2560-2565]”在设计CTP的过程中引入了多用户VFDM的概念，其中一层通信链路构成MC，二层通信链路构成SCs。

文献2“Spatial-Frequency Signal Alignment for Opportunistic Transmission[IEEE Transactions on Signal Processing,2014,62:1561-1575].”将多用户VFDM的研究扩展到了MIMO系统。

文献3“Zero-forcing methods for downlink spatial multiplexing in multiuser MIMO channels.[Signal Processing,IEEE Transactions on,2004,52(2):461-471]提出了一种块对角迫零(Block-Diagonal Zero-Forcing,BD-ZF)预编码算法用以解决多用户MIMO下行链路中用户间的干扰问题。BD-ZF预编码算法具有设计方便，结构简单等优点，非常适用于多用户间ITP预编码矩阵的设计。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明在现有预编码算法的基础上提出一种基于BD-ZF的二层网络预编码优化方法。通过对零空间的选取和旋转构建优化后的ITP编码矩阵，可以使SC的信道容量达到最大，从而在抑制二层网络多用户之间的干扰的同时，提升认知网络的容量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

步骤1，对SC基站SBS到MC用户MU的整体层间信道矩阵H_SM做奇异值分解得其中，和均是酉矩阵，为对角矩阵，其中，是一个对角矩阵，对角线元素是H_SM的奇异值；

步骤2，分割矩阵V_ctq＝(V₁，V₂)，其中V₂为H_SM零空间的一组标准正交基，设计CTP矩阵C＝V₂，得出可用零空间的维度J＝(N_T-1)K+N_TL，其中，N_T为SBS天线数，K为MC有效符号长度，L为MC循环前缀长度；