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1、10申请公布号CN104219703A43申请公布日20141217CN104219703A21申请号201410479702222申请日20140918H04W24/0420090171申请人西安电子科技大学地址710071陕西省西安市太白南路2号西安电子科技大学72发明人王玺钧盛敏刘国庆张琰李建东韩维佳焦万果李渝舟74专利代理机构北京科亿知识产权代理事务所普通合伙11350代理人汤东凤54发明名称一种异构蜂窝网络下行通信中的两阶段干扰对齐方法57摘要本发明公开了一种异构蜂窝网络下行通信中的两阶段干扰对齐方法,主要解决异构蜂窝网络中的下行干扰问题。其实现步骤是1基站选择各自的服务用户;2用户。
2、测量各基站到自身的信道状态信息并反馈给为自己服务的基站;3SMALLCELL基站将信道状态信息发送给宏基站,4宏基站根据此信息构建两阶段干扰对齐;5宏基站将发送预编码矩阵及用户的接收滤波器发送给各SMALLCELL基站;6基站将用户的接收滤波器发送给用户并给各自的用户发送数据;7用户使用接收到的接收滤波器接收数据。本发明根据异构蜂窝网络的特性,设计了新的干扰对齐方法,增加了网络中同时传输的数据流数,提升了网络容量。51INTCL权利要求书4页说明书9页附图2页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书4页说明书9页附图2页10申请公布号CN104219703ACN1042197。
3、03A1/4页21一种异构蜂窝网络下行通信中的两阶段干扰对齐方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤步骤1,宏基站选择S个宏用户进行服务,其中SM0,M0为宏基站的天线数目;每个SMALLCELL基站选择一个用户进行服务;步骤2,被选择的用户测量所有基站到自身的信道状态信息CSI,并反馈给为自己服务的基站;步骤3,每个SMALLCELL基站将接收到的CSI信息发送给宏基站;步骤4,将宏基站标记为0,宏基站选择的S个宏用户标记为K1,K2,KS;由于每个SMALLCELL基站只选择一个用户进行服务,因此用SMALLCELL基站的编号来标记其所服务的用户;同时,由于每个小区只有一个基站,因此SMAL。
4、LCELL基站的编号也用以标记相应的SMALLCELL;SMALLCELL基站1,2,L组成一个小组A,SMALLCELL基站L1,L2,LJ组成一个小组B,其中MNS1D,M为每个SMALLCELL基站的发送天线数目,所有SMALLCELL基站都具有相同数目的发送天线;N为每个用户的接收天线数目,网络中的所有用户均具有相同的接收天线数目;D为每个宏用户及小组A中每个SMALLCELL用户所接收到的数据流的数目,即宏基站给每个宏用户都发送D个数据流,小组A中每个SMALLCELL基站也给其服务的用户发送D个数据流;步骤5,所述宏基站给自身及所述小组A中的SMALLCELL基站设计发送预编码矩阵。
5、;步骤6,所述宏基站设计所述小组B中的SMALLCELL基站的发送预编码矩阵;步骤7,宏基站将得到的各SMALLCELL基站的发送预编码矩阵及对应用户的接收滤波器通过回程链路发送给相应的SMALLCELL基站;步骤8,宏基站与各SMALLCELL基站将其用户的接收滤波器发送给相应的用户,并使用步骤5和6中得到的发送预编码矩阵给各自服务的用户发送数据;步骤9,各用户使用接收到的接收滤波器,以消除干扰并接收数据。2根据权利要求1所述的一种异构蜂窝网络下行通信中的两阶段干扰对齐方法,其特征在于,步骤4中,所述小组A中的SMALLCELL及所述小组B中的SMALLCELL具有以下特性首先,所述小组A中。
6、的SMALLCELL之间存在严重的干扰,即SMALLCELLII1,L至少满足以下条件中的一个1SMALLCELLI的基站至少对小组A中其它SMALLCELL基站服务的用户中的一个产生严重干扰,即PJ为SMALLCELL基站J的发射功率,PI为SMALLCELL基站I的发射功率,HJ,I表示SMALLCELL基站I到用户J的干扰信道矩阵,HJ,J为基站J到其所服务用户J的直接信道矩阵,|F表示矩阵的F范数,为一个门限值,在配置系权利要求书CN104219703A2/4页3统参数时给定;2SMALLCELLI中的用户受到小组A中其它SMALLCELL的基站的至少一个基站的严重干扰,即HI,J表示。
7、SMALLCELL基站J到用户I的干扰信道矩阵;HI,I为基站I到所服务用户I的直接信道矩阵;其次,所述小组B中的SMALLCELL基站对所述小组A中SMALLCELL用户造成很弱的干扰,即为一个门限值,在配置系统参数时给定;且小组A中SMALLCELL基站对小组B中SMALLCELL用户造成很弱的干扰,即同时,所述小组B中SMALLCELL基站对小组B中其它SMALLCELL的用户造成很弱的干扰,即IL1,LJ。3根据权利要求1所述的一种异构蜂窝网络下行通信中的两阶段干扰对齐方法,其特征在于,所述步骤5具体包括如下步骤步骤51,宏基站对如下矩阵进行计算其中,HLX,0表示从宏基站到小组B中的。
8、用户LX的信道矩阵,X1,2,Q,表示矩阵的共轭转置操作,NULL表示求矩阵的零空间;步骤52,宏基站使用分层干扰对齐计算所述宏基站及小组A中SMALLCELL基站的发送预编码矩阵,在此过程中宏基站使用如下等效信道矩阵所述分层干扰对齐具体包括如下过程步骤521,所述小组A中的SMALLCELL基站生成随机预编码矩阵VJ,VJ满足条件是VJ的共轭转置,J1,2,L,ID为DD的单位矩阵;步骤522,令J1,2,L;步骤523,根据步骤522中的发送预编码矩阵计算干扰协方差矩阵权利要求书CN104219703A3/4页4其中,HI,J是基站J到用户I的干扰信道矩阵,PJ是基站J的发送功率,IK1,。
9、KS,1,L;步骤524,判断干扰泄露IF是否小于干扰泄露门限值,如果是,则步骤522中的发送预编码矩阵即为基站J所需要的发送预编码矩阵,令并进入步骤527;否则,进入步骤525;其中,干扰泄露TRIFI为步骤523中所述干扰协方差矩阵IFI的迹,为给定的干扰泄露门限值,在配置系统参数时给定;步骤525,基于步骤523中得出的所述干扰协方差矩阵IFI,计算用户的接收滤波器UIVDIFI,IK1,KS,1,L,其中,UI为用户I的接收滤波器,VDIFI是由干扰协方差矩阵IFI最小的D个特征值所对应的特征向量构成的矩阵;步骤526,根据步骤525中的用户接收滤波器,按照公式计算基站J的发送预编码矩。
10、阵并返回步骤522;其中,UI为步骤525中用户I的接收滤波器,J1,2,L;步骤527,基于步骤523中得出的所述干扰协方差矩阵IFI,计算用户的接收滤波器UIVDIFI,IK1,KS,1,L;步骤528,计算宏基站的发送预编码矩阵首先计算如下矩阵其中S1,2,S,则宏基站的发送预编码矩阵为4根据权利要求1或3所述的一种异构蜂窝网络下行通信中的两阶段干扰对齐方法,其特征在于,所述步骤6包括如下具体步骤步骤61,设计SMALLCELL基站L1,L2,LQ的发送预编码矩阵,具体为步骤611,宏基站计算如下矩阵步骤612,宏基站对如下矩阵进行奇异值分解权利要求书CN104219703A4/4页5其。
11、中矩阵J的对角元素为矩阵的奇异值,SMALLCELL基站J的发送预编码矩阵VJ可计算为JL1,LQ,其所服务的用户J的接收滤波器为JL1,LQ;步骤62设计SMALLCELL基站LQ,LJ的发送预编码矩阵,具体为步骤621,宏基站计算如下矩阵步骤622,宏基站对如下矩阵进行奇异值分解SMALLCELL基站J的发送预编码矩阵即为其所服务的用户J的接收滤波器为JLQ,LJ。权利要求书CN104219703A1/9页6一种异构蜂窝网络下行通信中的两阶段干扰对齐方法技术领域0001本发明涉及无线通信领域,具体涉及异构蜂窝网络下行通信中的两阶段干扰对齐方法,可用于异构蜂窝网络中的下行干扰管理。背景技术0。
12、002无线业务的快速发展使得无线通信网络的扩容成为一个急需解决的问题。研究表明,通过在已有宏蜂窝小区内布设SMALLCELL,例如RELAY,PICOCELL,FEMTOCELL,可以经济有效的提升网络的容量。然而,由于SMALLCELL与宏蜂窝复用相同的频谱资源,这使得异构蜂窝网络中的干扰问题非常严重。0003由于SMALLCELL的引入,使得异构蜂窝网络中出现了两种新型的干扰层间干扰和层内干扰。层内干扰指异构蜂窝网络中同一层次小区间的干扰,如PICOCELL间的干扰;层间干扰指异构蜂窝网络中不同层次小区间的干扰,如宏蜂窝与PICOCELL之间的干扰。现有的干扰管理的方法主要是通过资源划分的。
13、方法来实现。通过给相互干扰的小区分配正交的资源以达到干扰避免的目的。但这种方法不能实现全频率复用,所以大大降低了频谱的利用效率。0004干扰对齐方法被认为是一种解决网络干扰的有效方法。干扰对齐的基本思想是通过设计发送预编码矩阵使得多个干扰信号对齐到同一子空间上从而使得其他子空间可以无干扰的传输。干扰对齐的方法可以有效的增加系统中并行传输的数据流数,从而增加系统的容量。由于异构蜂窝网络中SMALLCELL数目较多而基站及用户设备的天线数目有限,如果要达到完美的干扰对齐,则只有较少的链路数目可以同时传输,从而限制了网络的容量。发明内容0005针对现有技术的不足,本发明旨在提供一种异构蜂窝网络下行通。
14、信中的两阶段干扰对齐方法,通过充分利用异构蜂窝网络的特性提出一种新的干扰对齐方法,以解决异构蜂窝网络中的下行干扰问题。0006为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案0007一种异构蜂窝网络下行通信中的两阶段干扰对齐方法,包括如下步骤0008步骤1,宏基站选择S个宏用户进行服务,每个SMALLCELL基站选择一个用户进行服务,其中SM0,M0为宏基站的天线数目;0009步骤2,被选择的用户测量所有基站到自身的信道状态信息CSI,并反馈给为自己服务的基站;0010步骤3,每个SMALLCELL基站将接收到的CSI信息发送给宏基站;0011步骤4,将宏基站标记为0,宏基站选择的S个宏用户标记为K1。
15、,K2,KS;由于每个SMALLCELL基站只选择一个用户进行服务,因此用SMALLCELL基站的编号来标记其所服务的用户;同时,由于每个小区只有一个基站,因此SMALLCELL基站的编号也用以标记说明书CN104219703A2/9页7SMALLCELL;SMALLCELL基站1,2,L组成一个小组A,SMALLCELL基站L1,L2,LJ组成一个小组B,其中00120013MNS1D,M为每个SMALLCELL基站的发送天线数目,所有SMALLCELL基站具有相同数目的发送天线;N为每个用户的接收天线数目,网络中所有用户具有相同的接收天线数目;D为每个宏用户及小组A中每个SMALLCELL。
16、用户所接收到的数据流的数目,即宏基站给每个宏用户都发送D个数据流,小组A中每个SMALLCELL基站也给其服务的用户发送D个数据流;0014步骤5,所述宏基站设计自身及所述小组A中的SMALLCELL基站的发送预编码矩阵;0015步骤6,所述宏基站设计所述小组B中的SMALLCELL基站的发送预编码矩阵;0016步骤7,宏基站将得到的各SMALLCELL基站的发送预编码矩阵及对应用户的接收滤波器通过回程链路发送给相应的SMALLCELL基站;0017步骤8,宏基站与各SMALLCELL基站将其用户的接收滤波器发送给相应的用户,并使用步骤5和6中得到的发送预编码矩阵给各自服务的用户发送数据;00。
17、18步骤9,各用户使用接收到的接收滤波器,以消除干扰并接收数据。0019需要说明的是,步骤4中,所述小组A中的SMALLCELL基站及所述小组B中的SMALLCELL基站具有以下特性0020首先,所述小组A中的SMALLCELL之间存在严重的干扰,即SMALLCELLII1,L至少满足以下条件中的一个00211SMALLCELLI的基站至少对小组A中其它SMALLCELL基站服务的用户中的一个用户产生严重干扰,即PJ为SMALLCELL基站J的发射功率,PI为SMALLCELL基站I的发射功率,HJ,I表示SMALLCELL基站I到用户J的信道矩阵,HJ,J为基站J到所服务用户J的直接信道矩阵。
18、,F表示矩阵的F范数,为一个门限值,取值在配置系统参数时给定;00222SMALLCELLI中的用户受到小组A中其它SMALLCELL的基站中的至少一个基站的严重干扰,即HI,J表示SMALLCELL基站J到用户I的干扰信道矩阵;HI,J为基站I到所服务用户I的直接信道矩阵;0023其次,所述小组B中的SMALLCELL基站对所述小组A中SMALLCELL用户造成很弱的干扰,即为一个门限值,取值在配置系统参数说明书CN104219703A3/9页8时给定,且小组A中SMALLCELL基站对小组B中SMALLCELL用户造成很弱的干扰,即同时,所述小组B中SMALLCELL基站对小组B中其它SM。
19、ALLCELL的用户造成很弱的干扰,即IL1,LJ。0024需要说明的是,所述步骤5具体包括如下步骤0025步骤51,宏基站对如下矩阵进行计算00260027其中,HLX,0表示从宏基站到小组B中的用户LX的信道矩阵,X1,2,Q,表示矩阵的共轭转置操作,NULL表示求矩阵的零空间;0028步骤52,宏基站使用分层干扰对齐方案计算所述宏基站及小组A中SMALLCELL基站的发送预编码矩阵,在此过程中宏基站使用如下等效信道矩阵002900300031所述分层干扰对齐方案具体包括如下过程0032步骤521,所述小组A中的SMALLCELL基站生成随机预编码矩阵VJ,VJ满足条件是VJ的共轭转置,J。
20、1,2,L,ID为DD的单位矩阵;0033步骤522,令J1,2,L;0034步骤523,根据步骤522中的发送预编码矩阵计算干扰协方差矩阵其中,HI,J是基站J到用户I的信道矩阵,PJ是基站J的发送功率,IK1,KS,1,L;0035步骤524,判断干扰泄露IF是否小于干扰泄露门限值,如果是,则步骤522中的发送预编码矩阵即为基站J所需要的发送预编码矩阵,令并进入步骤527;否则,进入步骤525;其中,干扰泄露TRIFI为步骤523所述干扰协方差矩阵IFI的迹,为给定的干扰泄露门限值,在配置系统参数时给定;是一个经验值,它决定了分层干扰对齐这个算法的迭代次数,如果比较小,那么算法迭代次数比较。
21、多,效果较好,反之,迭代次数较少,效果较差。在实际中需要取一个合适的值,要兼顾迭代次数和性能;说明书CN104219703A4/9页90036步骤525,基于步骤523中得出的所述干扰协方差矩阵IFI,计算用户的接收滤波器UIVDIFI,IK1,KS,1,L,其中,UI为用户I的接收滤波器,VDIFI是由干扰协方差矩阵IFI最小的D个特征值所对应的特征向量构成的矩阵;0037步骤526,根据步骤525中的用户接收滤波器,按照如下公式计算基站J的发送预编码矩阵并返回步骤522;其中,UI为步骤525中用户I的接收滤波器,J1,2,L;0038步骤527,基于步骤523中得出的所述干扰协方差矩阵I。
22、FI,计算用户的接收滤波器UIVDIFI,IK1,KS,1,L;0039步骤528,计算宏基站的预编码矩阵00400041其中S1,2,S,则宏基站的发送预编码矩阵为00420043需要说明的是,所述步骤6包括如下具体步骤0044步骤61,设计SMALLCELL基站L1,L2,LQ的发送预编码矩阵,具体为0045步骤611,宏基站计算如下矩阵00460047步骤612,宏基站对如下矩阵进行奇异值分解00480049其中矩阵J的对角元素为矩阵的奇异值,SMALLCELL基站J的发送预编码矩阵即JL1,LQ,其所服务的用户J的接收滤波器为JL1,LQ;0050步骤62设计SMALLCELL基站LQ。
23、,LJ的发送预编码矩阵,具体为0051步骤621,宏基站计算如下矩阵0052说明书CN104219703A5/9页1000530054步骤622,宏基站对如下矩阵进行奇异值分解00550056SMALLCELL基站J的发送预编码矩阵即为JLQ,LJ,其所服务的用户J的接收滤波器为JLQ,LJ。0057本发明的有益效果在于00581、本发明根据异构蜂窝网络中SMALLCELL基站的低功率特性,充分利用地理空间资源,使得更多的SMALLCELL基站可以同时传输数据,增加了网络的吞吐量。00592、本发明充分利用了异构蜂窝网络的异构特性,即宏基站具有更多的发送天线通过充分利用宏基站的天线减少了宏基站。
24、对SMALLCELL基站的干扰,从而增加了网络的吞吐量。00603、本发明通过设计发送预编码矩阵,不但使得宏基站可以与更多的SMALLCELL基站同时传输,还同时消除了异构蜂窝网络中的层间干扰和层内干扰。附图说明0061图1是本发明的实现总流程图;0062图2是图1中构建两阶段干扰对齐的流程图。具体实施方式0063以下将结合附图对本发明作进一步的描述,但需要说明的是,本实施例以本技术方案为前提,给出详细的实施方式和实施步骤,但并不限于本实施例。0064参照图1,本发明的具体实施步骤如下0065步骤1,宏基站选择S个宏用户进行服务,每个SMALLCELL基站选择选择一个用户进行服务,其中SM0,。
25、M0为宏基站的天线数目;0066步骤2,被选择的用户测量所有基站到自身的信道状态信息CSI,并反馈给为自己服务的基站。0067所述信道状态信息CSI为信道矩阵HI,J,IK1,KS,1,L,L1,LJ,J1,L,L1,LJ。0068步骤3每个SMALLCELL基站将接收到的CSI信息发送给宏基站。0069步骤4为表述简便起见,我们将宏基站标记为0,宏基站选择的S个宏用户标记为K1,K2,KS。小组A中的SMALLCELL基站为1,2,L,小组B中的SMALLCELL基站为L1,L2,LJ,其中0070说明书CN104219703A106/9页110071MNS1D,M为每个SMALLCELL基。
26、站的发送天线数目,所有SMALLCELL基站具有相同数目的发送天线;N为每个用户的接收天线数目,网络中所有用户具有相同的接收天线数目;D为每个宏用户及小组A中每个SMALLCELL用户所接收到的数据流的数目,即宏基站给每个宏用户都发送D个数据流,小组A中每个SMALLCELL基站也给其服务的用户发送D个数据流;由于每个SMALLCELL基站只选择一个用户服务,这里使用与SMALLCELL基站相同的编号来标记各基站服务的用户;同时,由于每个小区只有一个基站,因此SMALLCELL基站的编号也用以标记SMALLCELL。0072在步骤4中,小组A中SMALLCELL及小组B中SMALLCELL具有。
27、以下特性0073首先,所述小组A中的SMALLCELL之间存在严重的干扰,即SMALLCELLII1,L至少满足以下条件中的一个00741SMALLCELLI的基站至少对小组A中其它SMALLCELL基站服务的用户中的一个用户产生严重干扰,即PJ为SMALLCELL基站J的发射功率,PI为SMALLCELL基站I的发射功率,HJ,I表示SMALLCELL基站I到用户J的信道矩阵,HJ,J为基站J到所服务用户J的直接信道矩阵,|F表示矩阵的F范数,为一个门限值,取值在配置系统参数时给定;00752SMALLCELLI中的用户受到小组A中其它SMALLCELL的基站中至少一个基站的严重干扰,即HI。
28、,J表示SMALLCELL基站J到用户I的干扰信道矩阵;HI,J为基站I到所服务用户I的直接信道矩阵;0076其次,所述小组B中的SMALLCELL基站对所述小组A中SMALLCELL用户造成很弱的干扰,即为一个门限值,取值在配置系统参数时给定,且小组A中SMALLCELL基站对小组B中SMALLCELL用户造成很弱的干扰,即同时,所述小组B中SMALLCELL基站对小组B中其它SMALLCELL的用户造成很弱的干扰,即IL1,LJ。0077如图2所示,构建两阶段干扰对齐方案的流程如下0078步骤5实现构建两阶段干扰对齐的阶段一,即宏基站设计自身及小组A中的说明书CN104219703A117。
29、/9页12SAMLLCELL基站的预编码矩阵;0079步骤51,宏基站计算如下矩阵00800081其中,HLX,0表示从宏基站到小组B中用户LX的信道矩阵,X1,2,Q。表示矩阵的共轭转置操作,NULL表示求矩阵的零空间;0082步骤52,宏基站使用分层干扰对齐方案计算宏基站及小组A中SMALLCELL基站的预编码矩阵。在此过程中宏基站使用如下等效信道矩阵008300840085所述分层干扰对齐方案的实现步骤如下0086步骤521,小组A中SMALLCELL基站生成随机预编码矩阵VJ,VJ满足条件是VJ的共轭转置,J1,2,L,ID为DD的单位矩阵;0087步骤522,令J1,2,L;0088。
30、步骤523,根据步骤522中的发送预编码矩阵计算干扰协方差矩阵00890090其中,HI,J是基站J到用户I的信道矩阵,PJ是基站J的发送功率,IK1,KS,1,L;0091步骤524,判断干扰泄露IF是否小于干扰泄露门限值,如果是,则步骤522中的发送预编码矩阵即为基站J所需要的发送预编码矩阵,令并进入步骤527;否则,进入步骤525。其中,干扰泄露TRIFI,TRIFI为所述步骤523干扰协方差矩阵IFI的迹,为给定的干扰泄露门限值,在配置系统参数时给定;0092步骤525,基于所述干扰协方差矩阵IFI,计算用户的接收滤波器0093UIVDIFI,IK1,KS,1,L;0094其中,UI为。
31、用户I的接收滤波器,VDIFI是由干扰协方差矩阵IFI最小的D个特征值所对应的特征向量构成的矩阵;0095步骤526,根据步骤525得出的用户接收滤波器,按照公式计算基站J的发送预编码矩阵,并返回步骤522,其中,UI为步骤525中得出的用户I的接收滤波器,J1,2,L;说明书CN104219703A128/9页130096步骤527,基于步骤523中的干扰协方差矩阵IFI,计算用户的接收滤波器UIVDIFI,IK1,KS,1,L;0097步骤528,计算宏基站的发送预编码矩阵0098首先计算如下矩阵00990100其中S1,2,S。0101则宏基站的发送预编码矩阵为01020103步骤6实现。
32、构建两阶段干扰对齐的阶段二,即宏基站设计小组B中的SMALLCELL基站的发送预编码矩阵。0104具体的设计方法如下0105第一步设计SMALLCELL基站L1,L2,LQ的发送预编码矩阵0106宏基站计算如下矩阵01070108然后宏基站对如下矩阵进行奇异值分解01090110其中矩阵J的对角元素为矩阵的奇异值。SMALLCELL基站J的发送预编码矩阵即为JL1,LQ,其所服务的用户J的接收滤波器为JL1,LQ;0111第二步设计SMALLCELL基站LQ,LJ的发送预编码矩阵0112宏基站计算如下矩阵011301140115然后宏基站对如下矩阵进行奇异值分解说明书CN104219703A1。
33、39/9页1401160117SMALLCELL基站J的发送预编码矩阵即为JLQ,LJ,其所服务的用户J的接收滤波器为JLQ,LJ。0118步骤7宏基站将计算得到的SMALLCELL基站的发送预编码矩阵及对应用户的接收滤波器通过回程链路发送给各SMALLCELL基站。0119步骤8宏基站与SMALLCELL基站将其用户的接收滤波器发送给用户,并使用步骤5和步骤6中得到的发送预编码矩阵给各自服务的用户发送数据;0120步骤9各用户将接收到的接收滤波器矩阵取共轭转置,并乘以接收到的信号,以实现对干扰的消除,并成功接收自己的信号。0121对于本领域的技术人员来说,可以根据以上的技术方案和构思,给出各种相应的改变和变形,而所有的这些改变和变形都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。说明书CN104219703A141/2页15图1说明书附图CN104219703A152/2页16图2说明书附图CN104219703A16。