[发明专利]一种基于空域干扰至零的多天线密集网络随机缓存方法

权利要求书

1.一种基于空域干扰至零的多天线密集网络随机缓存方法，其特征在于：所述的多天线密集网络系统由多个微小区构成，每个微小区包括一个微基站，每个微基站部署M根天线和可以存储C个文件的缓存，称C为缓存容量，网络中用户将请求F≥C个流行文件，所述微基站采用随机缓存方法存储文件，并使用干扰至零方法消除小区间干扰，包括如下步骤：

步骤1.对采用随机缓存策略的多天线密集网络进行建模，推导出缓存命中概率的表达式，通过块坐标上升法对微基站缓存分配和干扰至零系数进行联合优化，设计令缓存命中概率最大的最优缓存和干扰至零方案；

步骤2.将流行文件以最优缓存方案存储于微基站中，用户根据文件中心的连接准则与相应微基站建立通信；

步骤3.根据用户与连接微基站的距离和步骤1中得到的最优干扰至零系数确定用户的干扰至零区域，用户向位于干扰至零区域内的干扰微基站发送干扰至零请求；

步骤4.干扰微基站根据接收到的干扰至零请求确定需要协助干扰至零的用户集合，估计这些用户的信道矩阵，并根据信道矩阵设计协作迫零波束赋形，以消除小区间干扰；

步骤1具体步骤如下，包括随机缓存网络建模，缓存命中概率表达式推导和最优缓存与干扰至零方案设计：

步骤1.1对随机缓存网络建模，记文件f的文件缓存概率为t_f，记缓存概率分布为文件f以概率t_f存储于微基站的缓存中；记干扰至零系数为c，当用户与干扰微基站距离和用户与连接微基站距离之比小于c时，用户会向干扰基站发送干扰至零请求；

步骤1.2定义网络的缓存命中概率为文件可以从微基站侧缓存成功获取的概率，基于网络的长期性能，推导出缓存命中概率的表达式，缓存命中概率为缓存概率分布和干扰至零系数的函数，记为

步骤1.3以缓存命中概率为目标函数，缓存总容量限制和干扰至零系数限制为约束，建立如下优化问题：

步骤1.4记n为迭代步数，记c(n)为第n步的干扰至零系数，记t(n)为第n步的缓存概率分布，记ε_min为最小收敛间距，记n_max为最大迭代步骤，初始化迭代步骤为n＝1，初始化干扰系数为c(1)＝1；

步骤1.5更新缓存概率分布，即

步骤1.6更新干扰至零系数，即

步骤1.7更新迭代部数，即n＝n+1；

步骤1.8重复步骤1.5至步骤1.7直到收敛或迭代步数超过最大迭代步数，即：

|||t(n)-t(n+1)||₂+||c(n)-c(n+1)||₂≤ε_min或n≥n_max；

步骤2具体步骤如下：

步骤2.1对于任意微基站，根据步骤1.4求得的最优缓存概率t^*将文件随机地存储在微基站的缓存中；

步骤2.2所有微基站在单根天线上使用相同功率向网络中的用户广播参考信号，用户测量微基站的参考信号接收功率；

步骤2.3对于任意用户，初始化用户的潜在连接微基站集合为所有微基站的集合；

步骤2.4用户从潜在连接微基站集合中选择参考信号接收功率最大的微基站为连接微基站；

步骤2.5用户告知连接微基站自己所需求的文件，若该连接微基站的缓存中存储需求文件，则用户与该连接微基站建立通信，若连接微基站缓存不存储该需求文件，则用户将连接微基站从潜在连接微基站集中剔除；

步骤2.6重复步骤2.4-步骤2.5，直到用户最终连接到存储需求文件的参考信号接收功率最大的微基站，用户与该存储需求文件的参考信号接收功率最大的微基站建立通信；

步骤3的具体步骤如下，包括干扰至零区域确定和干扰至零请求发送：

步骤3.1对于任意用户，根据步骤2.6中用户最终连接到存储需求文件的参考信号接收功率最大的微基站，求出用户与该存储需求文件的参考信号接收功率最大的微基站之间的距离R；

步骤3.2根据步骤1.5中求得的最优干扰至零系数c^*，确定该用户的干扰至零区域，干扰至零区域是以用户位置为中心，c^*R为半径的圆形区域；

步骤3.3根据步骤2.6中用户最终连接到存储需求文件的参考信号接收功率最大的微基站，确定用户的干扰微基站，用户的干扰微基站为不是用户连接微基站的其他所有微基站；

步骤3.4根据用户干扰微基站的位置和用户的干扰至零区域，确定用户发送干扰至零请求的干扰微基站，用户向位于干扰至零区域内的干扰微基站发送干扰至零请求；

步骤4具体步骤如下，包括干扰至零的用户集合确定，干扰至零用户的信道估计和协作迫零波束赋形设计：

步骤4.1对于任意基站，根据步骤3.4中的干扰至零请求发送过程统计基站接收的来自所有用户的干扰至零请求，记基站接收的干扰至零请求为K；

步骤4.2若某一基站的接收的干扰至零请求数目小于M-1，其中，M为随机缓存网络建模所定义的微基站天线数目，则该微基站的干扰至零用的用户集合为所有向其发送干扰至零请求的用户；否则，若某一微基站的接收的干扰至零请求数目大于M-1，则从所有向其发送干扰至零请求的用户中任意选取M-1个用户作为该微基站的干扰至零的用户集合；

步骤4.3微基站对其干扰至零用户进行信道估计，得到微基站到其干扰至零用户的信道矩阵为f₁,f₂,...,f_min(K,M-1)；微基站对其连接用户进行信道估计，得到微基站到其连接用户的信道矩阵为h；

步骤4.4令F＝[f₁,f₂,...,f_min(K,M-1)]，使用协作迫零波束成形技术来消除基站对其干扰至零用户用户的干扰，波束成形矢量表示为：