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首页基于QR分解的稳健干扰对齐算法:应对信道误差提升系统性能
本文主要探讨了一种创新的无线通信算法,即"一种基于QR分解的稳健干扰对齐算法"。传统的干扰对齐策略通常依赖于发送端获取理想的信道状态信息(CSI),但在现实通信环境中,由于信道估计误差、反馈延迟等因素,CSI的精确度常常受到严重影响。为了克服这些挑战,研究者提出了一种新的方法。 算法的核心步骤首先是对接收到的含有误差的联合接收信号进行QR分解预处理。QR分解是一种线性代数工具,通过分解矩阵为一个正交矩阵Q和上三角矩阵R,能够有效地处理矩阵中的噪声和错误。在这个预处理阶段,算法能够消除一半的有误差干扰,显著提高了信号质量。 接着,算法在考虑信道误差和干扰影响的基础上,通过最小化发送端向非目标接收端泄漏的干扰信号功率,设计出预编码矩阵。这种设计策略旨在优化系统的资源分配,确保信号传输的高效性和鲁棒性。 为了进一步增强干扰抑制能力,研究人员还依据最小均方误差(MMSE)准则设计了干扰抑制矩阵。MMSE是一种统计优化方法,它试图找到能够最小化系统误差平方的解,对于减少噪声和干扰影响非常有效。 实验仿真部分对比了在理想CSI和实际存在误差的CSI条件下的系统性能。结果表明,该算法在面对信道不确定性时,能够显著提高系统性能,展现出其稳健性和有效性。这种基于QR分解的干扰对齐算法为解决无线通信中的信道估计误差问题提供了一个新的解决方案,对于提升无线网络的效率和可靠性具有重要的理论和实践价值。
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第 37 卷第 8 期 电 子 与 信 息 学 报 Vol.37 No.8
2015 年 8 月 Journal of Electronics & Information Technology Aug. 2015
一种基于 QR 分解的稳健干扰对齐算法
谢显中
*
张森林 肖正瑛
(重庆邮电大学个人通信研究所 重庆 400065)
摘 要:大多数干扰对齐算法都假定发送端可以获得理想的信道状态信息(CSI),由于信道估计误差、反馈延迟等
原因,实际通信系统中 CSI 往往是有误差的。为此,该文提出一种基于 QR 分解的稳健干扰对齐算法。对含有误
差的联合接收信号进行基于 QR 分解的预处理,消除一半有误差的干扰;然后在有误差的等效信道联合矩阵下,
充分考虑信道误差和干扰的影响,通过最小化发送端泄漏到非目标接收端的干扰信号功率来设计预编码矩阵,并基
于最小均方误差(MMSE)准则来设计干扰抑制矩阵。最后,在理想 CSI 和误差 CSI 的情况下,通过实验仿真,证
明了该算法有效地提高了系统性能。
关键词:无线通信;稳健干扰对齐;信道估计误差;QR 分解;系统性能
中图分类号: TN929.53 文献标识码: A 文章编号:1009-5896(2015)08-1957-07
DOI: 10.11999/JEIT141585
Robust Interference Alignment Algorithm Based on QR Decomposition
Xie Xian-zhong Zhang Sen-lin Xiao Zheng-ying
(Institute of Personal Communications, Chongqing University of Posts and Telecommunications, Chongqing 400065, China)
Abstract: Most interference alignment algorithms assume that the senders know perfect Channel State Information
(CSI), but in practical communication systems, due to the channel estimation error, the delayed feedback and so on,
the CSI often exists the error. Therefore, a robust interference alignment algorithm is presented based on the QR
decomposition. Firstly, the QR is used to preprocess the jointly received signal with the of error for eliminating half
of the interference terms. Then this paper minimizes the interference power from the sender to the other receivers
to design the pre-coding matrix, and utilizes Minimum Mean Square Error (MMSE) criterion to design the
interference suppression matrix. Finally, under the conditions of perfect CSI and error CSI, the simulation results
verify that the proposed algorithm improves effectively the performance of the system.
Key words: Wireless communication; Robust interference alignment; Channel estimation error; QR decomposition;
Performance of system
1 引言
干扰对齐(Interference Alignment, IA)技术
[1,2]
由于其能够有效地消除同频道干扰,受到了广泛的
关注。目前,大多数干扰对齐算法
[3,4]
都是基于完美
的信道状态信息(Channel State Information, CSI)。
由于信道估计误差、反馈延迟等原因,实际通信系
统中 CSI 往往是有误差的,使得接收端不能完全抑
制来自其他发送端的干扰,造成系统性能下降。
最近,一些文献开始对不完美 CSI 下的干扰对
齐方案进行研究。针对误差 CSI 的情况,文献[5]通
2014-12-11 收到,2015-04-20 改回,2015-06-08 网络优先出版
国家自然科学基金(61271259, 61301123),重庆市自然科学基金
(CTSC2011jjA40006),重庆市教委科学技术研究项目(KJ120501,
KJ130536),长江学者和创新团队发展计划(IRT1299)和重庆市科委
重点实验室专项经费(CSTC)资助课题
*通信作者:谢显中 xiexzh@cqupt.edu.cn
过卡尔曼信道预测来设计预编码矩阵和干扰抑制矩
阵,有效地提高了信道容量。文献[6]给出了基于对
称最小均方误差(Minimum Mean Square Error,
MMSE)算法的稳健干扰对齐算法,不需要计算拉格
朗日乘子,并考虑了用户的公平性。文献[7]分析了
在误差 CSI 时,对称 MMSE 干扰对齐算法的误码
率性能。文献[8]研究了基站仅知有噪 CSI 时系统平
均互信息量可达到的上下限,表明相比基站间没有
进行协作处理,采用干扰对齐技术可以获得更好的
性能。文献[9]提出了一种仅仅知道本地有噪 CSI 时
的功率控制和收发方案设计的迭代算法。文献[10]
针对误差 CSI,利用重构的格型码对干扰信号进行
重构,克服了准静态信道时干扰对齐难以实现的问
题,提出了一种稳健的格型干扰对齐算法,但接收
端需要两步解码。文献[11]提出了一种稳健的最小干
扰泄露算法,提高了在具有信道误差时,普通的最
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