專利名稱：基于有效信道參數(shù)半正交的干擾消除方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及小區(qū)間和小區(qū)內(nèi)干擾對齊技術(shù)，更具體地說，本發(fā)明涉及一種基于有效信道參數(shù)半正交的干擾消除方法。
背景技術(shù)：
多輸入多輸出(MultipleInput Multiple Output，簡稱 ΜΙΜΟ)技術(shù)，就是一種典型的可以獲得分集復(fù)用增益的全頻復(fù)用的技術(shù)。但是在全頻率復(fù)用的環(huán)境下采用 MIMO技術(shù)時，來自鄰小區(qū)的同頻干擾、和小區(qū)內(nèi)多用戶的干擾，會嚴(yán)重影響期望用戶的接收信噪比，導(dǎo)致通信系統(tǒng)的傳輸速率和的服務(wù)質(zhì)量大大下降。通常情況下采用MIMO協(xié)作方式時，單小區(qū)用戶之間最常用的干擾抑制技術(shù)包括迫零波束成型(Zero Forcing Beam-Forming，簡稱Zi7BF)、塊對角波束成型(Block Diagonalization Beam-Forming，簡稱 BDBF)；小區(qū)間的干擾抑制技術(shù)主要包括干擾隨機(jī)化、干擾消除、干擾協(xié)調(diào)等。目前，干擾對齊(Interference Alignment，簡稱ΙΑ)作為一個新興的干擾管理技術(shù)，由于其沖擊了傳統(tǒng)的有線和無線網(wǎng)絡(luò)的吞吐量限制的理論，而成為目前通信學(xué)界的研究熱點(diǎn)。干擾對齊的本質(zhì)是，將多個干擾信號對齊到小于干擾源數(shù)量的自由度空間上，使得有用信號占用的自由度空間更大。鑒于干擾對齊技術(shù)的優(yōu)勢，目前，有研究綜合考慮小區(qū)內(nèi)和小區(qū)間兩種干擾并存的情況，依據(jù)干擾對齊的思想，提出一種雙層預(yù)編碼機(jī)制來實(shí)現(xiàn)小區(qū)間和小區(qū)內(nèi)的干擾消除。具體來說，通過設(shè)計雙層編碼矩陣，其中一層預(yù)編碼為固定預(yù)編碼矩陣，使得鄰小區(qū)干擾對齊在一個平面內(nèi)；另一層預(yù)編碼矩陣使得小區(qū)內(nèi)用戶間的干擾也落在同一干擾平面內(nèi)。然而，上述干擾消除方法存在以下問題1.干擾隨機(jī)化只是白化了干擾，并沒有真正的減少系統(tǒng)的干擾信號，帶來的信噪比改善程度有限；2.目前現(xiàn)有的干擾消除技術(shù)復(fù)雜度高、應(yīng)用條件嚴(yán)格，而且只能消除一些強(qiáng)干擾源，而實(shí)際系統(tǒng)中干擾主要是由很多小的干擾疊加在一起產(chǎn)生的，因此這項技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中效果有限；3.小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術(shù)可分為靜態(tài)協(xié)調(diào)、半靜態(tài)協(xié)調(diào)和全動態(tài)協(xié)調(diào)三種，這三種干擾協(xié)調(diào)方法仍然有一定的局限性，如頻譜效率不高或者信令開銷大等；4.在上述干擾對齊方案中，各個小區(qū)協(xié)作用戶是隨機(jī)選擇的。盡管通過設(shè)計固定預(yù)編碼矩陣，可以保證完全消除小區(qū)間的干擾，但是小區(qū)內(nèi)用戶間的干擾不一定能很好的消除。這是因為采用迫零波束成型(ZFBF)計算預(yù)編碼向量，其本質(zhì)是通過空分多址(SDMA) 的思想，找到處于干擾用戶信道零空間的線性預(yù)編碼矩陣，從而消除用戶間的相關(guān)干擾。如果隨機(jī)選擇的用戶信道相關(guān)性比較大，則ZFBF算法就不能得出夾角適宜的波束，用戶間的干擾不能很好的消除。對此，對用戶的直接信道參數(shù)(即發(fā)射端到接收端的信道參數(shù))進(jìn)行半正交選擇可以獲得較好的改善。但是針對本發(fā)明具體場景，從接收端來看，對有效信道參數(shù)(即接收端處理后的信道參數(shù))進(jìn)行半正交選擇得到用戶的集合，用戶的平均容量會有更大的提升。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于有效信道參數(shù)半正交的干擾消除方法，其可實(shí)現(xiàn)干擾的消除和容量的最大化。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種基于有效信道參數(shù)半正交的干擾消除方法，包括以下步驟(1)小區(qū)α和鄰小區(qū)β共同設(shè)定預(yù)編碼矩陣P = [fi;f2, -fs,0,…，其中 f2,…，仁表示任意S個M*1的標(biāo)準(zhǔn)正交基，M為發(fā)射天線數(shù)，且小區(qū)α和鄰小區(qū)β的
基站和所有用戶已知P;(2)小區(qū)α的基站分別發(fā)送第一信道估計信號和第二信道估計信號到小區(qū)α的所有N個用戶和鄰小區(qū)β的所有N個用戶，小區(qū)α的所有N個用戶接收第一信道估計信號，小區(qū)α中第k個用戶根據(jù)第一信道估計信號計算第一信道估計值Hak，其中k=l，2···， N，鄰小區(qū)β的所有N個用戶接收第二信道估計信號，小區(qū)α中第k個用戶根據(jù)第二信道估計信號計算第二信道估計值Gak;鄰小區(qū)β的基站分別發(fā)送第一信道估計信號和第二信道估計信號到小區(qū)α的所有N個用戶和鄰小區(qū)β的所有N個用戶，鄰小區(qū)β的所有N個用戶接收第二信道估計信號，小區(qū)β中第k個用戶根據(jù)第二信道估計信號計算第三信道估計值Hek，小區(qū)α所有N個用戶接收第一信道估計信號，小區(qū)β中第k個用戶根據(jù)第一信道估計信號計算第四信道估計值Gek ；(3)小區(qū)α的所有N個用戶反饋第一信道估計值Hak和第二信道估計值Gek到小區(qū)α的基站，并且鄰小區(qū)β的所有N個用戶反饋第三信道估計值Hek和第四信道估計值 Gak到鄰小區(qū)β的基站；(4)小區(qū)α的基站根據(jù)公式(G^jP = O計算小區(qū)α內(nèi)所有N個用戶的接收矢量 ^4，其中上標(biāo)*表示矩陣的共軛轉(zhuǎn)置，并根據(jù)接收矢量得出小區(qū)α內(nèi)所有N個用戶的有
效信道參數(shù)構(gòu)成的集合 Hrffa = {Heff_al,Heff_a2,…，Hrff_ a ^Hfa A = ^itZZa Z，Hrff_ ak 表示小區(qū)α的第k個用戶的有效信道參數(shù)，這里有效信道參數(shù)Hrff_ak是相對于直接信道參數(shù) Hak而言的；鄰小區(qū)β的基站根據(jù)公式= 0計算鄰小區(qū)β內(nèi)所有N個用戶的接收矢量^^，并根據(jù)接收矢量^it得出鄰小區(qū)β內(nèi)所有用戶的有效信道參數(shù)構(gòu)成的集合Hrffe = ιHeff-β ι ？ Heff—β 2， ”，Heff_0N)， 其中^reZH /t="/ /^/,Heff-0k表示小區(qū)β的第k個用戶的有效信道參數(shù)；(5)根據(jù)以下半正交算法，小區(qū)α和鄰小區(qū)β分別從有效信道參數(shù)集合Hrff_a和 Hef中選擇K個用戶的有效信道參數(shù)(5-1)初始化計數(shù)器i和j，使得i = j = 1，初始化小區(qū)α和鄰小區(qū)β的備選有
效信道參數(shù)下標(biāo)的集合Ta(i = d = {1,2,…，N}和Teij = D = {1,2,…，Ν}，初始化一個極小值ε 0(5-2)小區(qū)α計算集合扎 _。= {Heff_al, Heff_a2,…，Heff_aN}的N個有效信道參數(shù)的F范數(shù)，并選擇F范數(shù)(Frobenius范數(shù))最大的一個有效信道參數(shù)作為第一個被選用戶的信道矩陣8^ = ^^^ = ^其中eff-a π (i = 1)表示小區(qū)α中選擇的第一個
5用戶π (i = 1)，并從集合扎 _。中剔除已選的有效信道參數(shù)；鄰小區(qū)β計算集合扎 _0 =
信
eff- β
ι，H1
eff-0 2‘
，Heff_0N}的N個有效信道參數(shù)的F范數(shù)，并選擇F范數(shù)最大的一個有效
，其中eff-β π (j = 1)表示
道參數(shù)作為第一個被選用戶的信道矩陣gM = H,
eff—β π (j = 1)
鄰小區(qū)β中選擇的第一個用戶η (j = 1)，并從集合扎 _0中剔除已選的有效信道參數(shù)。(5-3)設(shè)置 i = i+1，j = j+1 ；(5-4)判斷是否存在有i <=K且j <= K，若是則進(jìn)入子步驟(5-5)，否則進(jìn)入子步驟(5-7)；(5-5)對于小區(qū)α中的每個用戶k e Tai，計算Heff_ak在已選集合{gal，ga2，…，
ga(i-}上的投影補(bǔ)空間，即根據(jù)
權(quán)利要求
1. 一種基于有效信道參數(shù)半正交的干擾消除方法，其特征在于，包括以下步驟(1)小區(qū)α和鄰小區(qū)β共同設(shè)定預(yù)編碼矩陣P= Lf1, f2，…fs，0，…0]_，其中f2,…，fs表示任意S個M*1的標(biāo)準(zhǔn)正交基，M為發(fā)射天線數(shù)，且所述小區(qū)α和所述鄰小區(qū) β的基站和所有用戶已知P;(2)所述小區(qū)α的基站分別發(fā)送第一信道估計信號和第二信道估計信號到所述小區(qū) α的所有N個用戶和所述鄰小區(qū)β的所有N個用戶，所述小區(qū)α的所有N個用戶接收所述第一信道估計信號，所述小區(qū)《中第k個用戶根據(jù)所述第一信道估計信號計算第一信道估計值Hak，其中k= 1，2···，Ν，所述鄰小區(qū)β的所有N個用戶接收所述第二信道估計信號， 所述小區(qū)α中第k個用戶根據(jù)所述第二信道估計信號計算第二信道估計值Gak ；所述鄰小區(qū)β的基站分別發(fā)送所述第一信道估計信號和所述第二信道估計信號到所述小區(qū)α的所有N個用戶和所述鄰小區(qū)β的所有N個用戶，所述鄰小區(qū)β的所有N個用戶接收所述第二信道估計信號，所述小區(qū)β中第k個用戶根據(jù)所述第二信道估計信號計算第三信道估計值Hek，小區(qū)α所有N個用戶接收所述第一信道估計信號，所述小區(qū)β中第k個用戶根據(jù)所述第一信道估計信號計算第四信道估計值Gek ；(3)所述小區(qū)α的所有N個用戶反饋所述第一信道估計值Hak和所述第二信道估計值 Gek到所述小區(qū)α的基站，并且所述鄰小區(qū)β的所有N個用戶反饋所述第三信道估計值 Hek和所述第四信道估計值Gak到所述鄰小區(qū)β的基站；(4)所述小區(qū)α的基站根據(jù)公式‘σ,Ρ= 0計算所述小區(qū)α內(nèi)所有N個用戶的接收矢量^4，其中上標(biāo)*表示矩陣的共軛轉(zhuǎn)置，并根據(jù)所述接收矢量得出所述小區(qū)α內(nèi)所有 N個用戶的有效信道參數(shù)構(gòu)成的集合Heffa = {Heff_al，Heff_a2，…，Heff_aN}，代—fi f \ H, Hrff_ak表示所述小區(qū)α的第k個用戶的有效信道參數(shù)，這里有效信道參數(shù)Hrff_ak是相對于直接信道參數(shù)Hak而言的；所述鄰小區(qū)β的基站根據(jù)公式^tGrfP = O計算所述鄰小區(qū)β內(nèi)所有N個用戶的接收矢量^it，并根據(jù)所述接收矢量〃^得出所述鄰小區(qū)β內(nèi)所有用戶的有效信道參數(shù)構(gòu)成的集合 Heffe = {Heff_M，Heff_02，…，Heff_0N}，其中/^w=WjftZVij，Heff_0k 表示所述小區(qū)β的第k個用戶的有效信道參數(shù)；(5)根據(jù)以下半正交算法，所述小區(qū)α和所述鄰小區(qū)β分別從有效信道參數(shù)集合 Heff_a和扎 _0中選擇K個用戶的有效信道參數(shù)(5-1)初始化計數(shù)器i和j，使得i = j = 1，初始化所述小區(qū)α和所述鄰小區(qū)β的備選有效信道參數(shù)下標(biāo)的集合Ta(i = D = {1,2,…，N}和Te(j = 1) = {1,2,…，N}，初始化一個極小值ε。(5-2)所述小區(qū)α計算所述集合+Hrff_a = {Heff_al,Heff_a2,…，Hrff_aN}的N個有效信道參數(shù)的F范數(shù)，并選擇F范數(shù)(Frobenius范數(shù))最大的一個有效信道參數(shù)作為第一個被選用戶的信道矩陣gal = HrffIMi = D，其中eff-a ^ (i = D表示所述小區(qū)α中選擇的第一個用戶η (i = 1)，并從集合扎 _。中剔除已選的有效信道參數(shù)；所述鄰小區(qū)β計算所述集合Hrff_e = {Hrff_M，Hrff_02，…，Hrff_0N}的N個有效信道參數(shù)的F范數(shù)，并選擇F范數(shù)最大的一個有效信道參數(shù)作為第一個被選用戶的信道矩陣gM = Hrff_e ^ = D,其中eff-β π (j =1)表示所述鄰小區(qū)β中選擇的第一個用戶η (j = 1)，并從集合氏 _0中剔除已選的有效信道參數(shù)。(5-3)設(shè)置 i = i+1，j = j+1 ；(5-4)判斷是否存在有i < = K且j < = K，若是則進(jìn)入子步驟(5-5)，否則進(jìn)入子步驟(5-7)；(5-5)對于所述小區(qū)α中的每個用戶keTai，計算Hrff_ak在已選集合{gal，ga2，gaa-J上的投影補(bǔ)空間，即根據(jù)
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于有效信道參數(shù)半正交的干擾消除方法，包括根據(jù)用戶反饋的有用信道和交叉信道參數(shù)，基站計算用戶端的有效接收信道參數(shù)，并以此參數(shù)作為半正交用戶選擇的依據(jù)?；具x擇有效接收信道參數(shù)半正交用戶以后，再進(jìn)行雙層預(yù)編碼矢量設(shè)計，以實(shí)現(xiàn)消除小區(qū)間和小區(qū)內(nèi)的干擾。該有效信道參數(shù)半正交的干擾消除方法不僅可以提升用戶平均容量，而且大大降低了半正交用戶選擇的計算時間復(fù)雜度。
文檔編號H04L1/00GK102546488SQ20111042475
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月16日
發(fā)明者劉應(yīng)狀, 呂偉, 楊波, 楊逸帆, 林宏志, 王德勝, 田科亮, 程文迪, 齊飛 申請人:華中科技大學(xué)