一種基于學(xué)習(xí)的無定形小區(qū)的多準則用戶選擇方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于學(xué)習(xí)的無定形小區(qū)的多準則用戶選擇方法，屬于無線通信【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明方法通過選擇接入次級小區(qū)的用戶并設(shè)計其發(fā)射功率，使主小區(qū)和次級小區(qū)之間的干擾被限制在一定的閾值之內(nèi)，然后利用一種靈活度較高的多準則用戶選擇方法來選擇被服務(wù)的次級用戶，從而改變次級小區(qū)的覆蓋范圍，同時最大化次級小區(qū)的系統(tǒng)容量，實現(xiàn)無定形小區(qū)的設(shè)計；能實現(xiàn)小區(qū)形狀的動態(tài)調(diào)整，同時最大化次級小區(qū)的系統(tǒng)容量，并取得用戶公平性和系統(tǒng)性能的折中。
【專利說明】—種基于學(xué)習(xí)的無定形小區(qū)的多準則用戶選擇方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于學(xué)習(xí)的無定形小區(qū)的多準則用戶選擇方法，屬于無線通信【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著無線通信的不斷發(fā)展，用戶日益增長的無線通信需求與有限的無線頻率資源間的矛盾持續(xù)加大。在傳統(tǒng)的宏小區(qū)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，通信有高峰和空閑時段，由于空閑時段的頻譜沒有被利用，導(dǎo)致已分配的頻譜資源的總體利用率很低，造成了頻譜資源的浪費。為改善頻譜資源的利用，引入低功率節(jié)點來共享宏小區(qū)的頻譜，即在整個宏小區(qū)內(nèi)部署低功率節(jié)點的混合型網(wǎng)絡(luò)，這種節(jié)點不僅相對成本較低，而且可以有效提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍并增強服務(wù)質(zhì)量。典型的低功率節(jié)點包括中繼(Relay)節(jié)點、微微蜂窩(Picocell)和毫微微蜂窩(Femtocell)，這些節(jié)點為室內(nèi)和熱點地區(qū)的覆蓋和高速接入提供更好的保障，同時消除了盲點區(qū)域。
[0003]低功率節(jié)點的工作頻率與傳統(tǒng)基站的頻率相同，大大提高了頻譜效率，因而獲得了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。為便于說明，將傳統(tǒng)基站稱為主基站，其對應(yīng)的小區(qū)和用戶稱為主小區(qū)和主用戶，低功率節(jié)點稱為次級基站，其對應(yīng)的小區(qū)和用戶稱為次級小區(qū)和次級用戶。顯然，主次級小區(qū)共用頻譜，減少了頻譜的浪費，但同時次級小區(qū)的通信會對主小區(qū)產(chǎn)生一定的干擾，在干擾嚴重的情況下，甚至?xí)绊懼餍^(qū)的正常通信，因此，為了保證主小區(qū)的通信性能，次級小區(qū)通信時對主小區(qū)的干擾必須限定在一定的閾值內(nèi)。
[0004]另外，傳統(tǒng)小區(qū)都是形狀確定的，如正六邊形蜂窩小區(qū)、圓形小區(qū)等。傳統(tǒng)的形狀固定的小區(qū)使通信受到局限性，比如當基站發(fā)射功率小時，小區(qū)的邊緣用戶接收到的信號較弱，導(dǎo)致小區(qū)邊緣用戶的信噪比較低，影響用戶的通信質(zhì)量；當基站發(fā)射功率較大或天線設(shè)計得過高時，會產(chǎn)生越區(qū)覆蓋，造成頻率干擾或引起錯誤的切換，這些都會對小區(qū)的通信造成不良的影響。
[0005]考慮到基站服務(wù)的用戶是有限的，不能同時服務(wù)所有的用戶，因而通過設(shè)計一種合理的多用戶選擇方法，來選擇接入的用戶，從而實現(xiàn)小區(qū)的無定形設(shè)計。在傳統(tǒng)小區(qū)中，其用戶選擇方法通常采用最大載干比方法、輪詢方法以及比例公平方法。最大載干比方法保證了小區(qū)的最大吞吐量，但由于離基站較遠的用戶很難得到相應(yīng)的服務(wù)，因此導(dǎo)致用戶公平性的差異較大，且基站的覆蓋范圍??；輪詢方法雖然保證了每個用戶的公平性，但由于信道條件差的用戶被服務(wù)的次數(shù)增多，導(dǎo)致系統(tǒng)的吞吐量下降；比例公平方法是基于系統(tǒng)吞吐量和用戶公平性的一種折中方法，但是這種方法對時間窗的長度要求十分嚴格，一般要足以覆蓋快衰落的變化，同時會帶來附加的延遲。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是針對主小區(qū)和次級小區(qū)間存在干擾，以及傳統(tǒng)用戶選擇方法的不足，提出了一種基于學(xué)習(xí)的無定形小區(qū)多準則用戶選擇方法。為了保證主小區(qū)的正常通信，本發(fā)明通過學(xué)習(xí)技術(shù)來獲得次級基站與主用戶之間的信道狀態(tài)信息，進而設(shè)計合理的預(yù)編碼矩陣，從而抑制小區(qū)間的干擾。
[0007]本發(fā)明方法通過選擇接入次級小區(qū)的用戶并設(shè)計其發(fā)射功率，使主小區(qū)和次級小區(qū)之間的干擾被限制在一定的閾值之內(nèi)，然后利用一種靈活度較高的多準則用戶選擇方法來選擇被服務(wù)的次級用戶，從而改變次級小區(qū)的覆蓋范圍，同時最大化次級小區(qū)的系統(tǒng)容量，實現(xiàn)無定形小區(qū)的設(shè)計。
[0008]本發(fā)明方法是建立在如下基礎(chǔ)上進行設(shè)計的:主小區(qū)的形狀確定，次級小區(qū)的形狀不確定。在主小區(qū)中，主用戶與主基站通信時不需考慮次級小區(qū)用戶傳輸；對其中任意一個配置Mp根天線的 主用戶(Mp取正整數(shù))，設(shè)其對應(yīng)的次級小區(qū)中有K個次級用戶，各個用戶分別配置有Mi (i=l,…，K)根天線(Mi為第i個用戶配置的天線數(shù)目，取常數(shù)值)，次級基站配置有Mb根天線(Mb取正整數(shù))，且同時滿足Mp〈Mi; Mp〈Mb和Mi ( Mb。
[0009]主基站到次級基站的信道為Gb，主基站到次級用戶的信道為Gi (i=l，...，!()，次級用戶到次級基站的信道定義為故。傳輸采用時分雙工(TDD)模式，上下行信道具有互易性。設(shè)計次級小區(qū)中每個傳輸幀分為四個階段，即學(xué)習(xí)階段，信道訓(xùn)練階段，用戶選擇階段和數(shù)據(jù)傳輸階段(前三階段為第四階段提供更好的傳輸質(zhì)量)，每個傳輸幀的幀長N固定，N=NfNJNJNd，其中,N1為學(xué)習(xí)階段的幀長，Nt為信道訓(xùn)練階段的幀長，Ns為用戶選擇階段的幀長，Nd為數(shù)據(jù)傳輸階段的幀長。
[0010]本發(fā)明所述的基于學(xué)習(xí)的無定形小區(qū)多準則用戶選擇方法，具體包括以下步驟:
[0011]步驟1，學(xué)習(xí)階段:次級基站和次級用戶通過盲估計得到主小區(qū)中發(fā)送信號的噪聲空間。通過設(shè)計信號的噪聲空間，消除主小區(qū)和次級小區(qū)之間的干擾。具體方法為:
[0012]設(shè)主用戶在符號間隔η發(fā)送的信號為sp(n)，n=l，…，NI，其中sp(n)是獨立同分布的隨機信號；次級小區(qū)復(fù)用主小區(qū)的頻率段，次級基站和次級用戶偵聽主小區(qū)的傳輸，次級基站和次級用戶接收到的信號分布表示為
[0013]yB (n) = GBsp (η) +ζΒ (η)
[0014](I)
[0015]y^n) = GiSp (η)+Zi (η)
[0016]其中yB(n)為次級基站接收到的信號，Yi (η)為次級用戶接收到的信號，i=l，…，K，ζΒ(η)為次級基站接收到的噪聲，Zi(Ii)為次級用戶接收到的噪聲，yB (η)和yi (η)的協(xié)方差矩陣分別為Rb和Ri,通過對協(xié)方差矩陣進行特征值分解得到信號的噪聲空間，分別表示為Ub 和 U”
[0017]利用信號和噪聲的正交性，通過設(shè)計NI的大小使得JJfGii=O和(7,"Gi=O，然后次
級用戶和次級基站對接收到的信號分別進行預(yù)編碼，即乘以接收信號的噪聲空間從而消除主小區(qū)對次級小區(qū)的干擾。
[0018]按相同的方法，在次級小區(qū)中，次級基站和次級用戶發(fā)送信號為分別為dB(n)和Cli (n)，i=l,…，K，η=1,…，N1，然后次級基站和次級用戶對發(fā)送信號進行預(yù)編碼，即將對應(yīng)的發(fā)送信號分別乘以Ub*和Ui*,則主用戶接收到的信號表示為
[0019]
【權(quán)利要求】
1.一種基于學(xué)習(xí)的無定形小區(qū)的多準則用戶選擇方法，其特征在于:建立在如下基礎(chǔ)上進行的設(shè)計:主小區(qū)的形狀確定，次級小區(qū)的形狀不確定；在主小區(qū)中，主用戶與主基站通信時不需考慮次級小區(qū)用戶傳輸；對其中任意一個配置Mp根天線的主用戶，設(shè)其對應(yīng)的次級小區(qū)中有K個次級用戶，各個用戶分別配置有Mi根天線，次級基站配置有Mb根天線，且同時滿足Mp〈Mi; Mp≤Mb和Mi ( Mb ;其中，Mb和Mp取正整數(shù)，i=l,…，K，Mi為第i個用戶配置的天線數(shù)目，取常數(shù)值； 主基站到次級基站的信道為Gb，主基站到次級用戶的信道為Gi,次級用戶到次級基站的信道定義為Hi ;傳輸采用時分雙工模式，上下行信道具有互易性；設(shè)計次級小區(qū)中每個傳輸幀分為四個階段，即學(xué)習(xí)階段，信道訓(xùn)練階段，用戶選擇階段和數(shù)據(jù)傳輸階段，每個傳輸幀的幀長N固定，N=NfNJN^Nd,其中，N1為學(xué)習(xí)階段的幀長，Nt為信道訓(xùn)練階段的幀長，Ns為用戶選擇階段的幀長，Nd為數(shù)據(jù)傳輸階段的幀長； 具體包括以下步驟: 步驟1，學(xué)習(xí)階段:次級基站和次級用戶通過盲估計得到主小區(qū)中發(fā)送信號的噪聲空間；通過設(shè)計信號的噪聲空間，消除主小區(qū)和次級小區(qū)之間的干擾；具體方法為: 設(shè)主用戶在符號間隔η發(fā)送的信號為sp(n)，n=l，…，NI，其中Sp(n)是獨立同分布的隨機信號；次級小區(qū)復(fù)用主小區(qū)的頻率段，次級基站和次級用戶偵聽主小區(qū)的傳輸，次級基站和次級用戶接收到的信號分布表示為
Yb (n) = GbSp (η) +ζΒ (η)
(I)
Yi (η) = GiSp (η) +Zi (η) 其中yB(n)為次級基站接收到的信號，yi (η)為次級用戶接收到的信號，ζΒ(η)為次級基站接收到的噪聲，Zi (η)為次級用戶接收到的噪聲，yB(n)和yi (η)的協(xié)方差矩陣分別為&和Ri,通過對協(xié)方差矩陣進行特征值分解得到信號的噪聲空間，分別表示為Ub和Ui ； 利用信號和噪聲的正交性，通過設(shè)計N1的大小使得G5=O和Ui11Gi=O,然后次級用戶和次級基站對接收到的信號分別進行預(yù)編碼，即乘以接收信號的噪聲空間從而消除主小區(qū)對次級小區(qū)的干擾； 按相同的方法，在次級小區(qū)中，次級基站和次級用戶發(fā)送信號為分別為dB(n)和djn)，然后次級基站和次級用戶對發(fā)送信號進行預(yù)編碼，即將對應(yīng)的發(fā)送信號分別乘以Ub*和Ui*,則主用戶接收到的信號表示為 ,"⑷=YjG' U.d.(n) + GlilU^dpXn) + zp{n)(2)

/-1 其中Zp(η)為主用戶接收到的噪聲信號，UB*和Ui*分別表示噪聲空間Ub和Ui的共軛，由于設(shè)計的N1使得<7?(/?) = 0,0^/>/(/7) = 0;因此主用戶所受干擾也會被消除； 步驟2，信道訓(xùn)練階段:在步驟I將主次級小區(qū)間的干擾消除以后，設(shè)次級小區(qū)中次級基站向所有次級用戶同時發(fā)送訓(xùn)練序列t(n)，首先進行信道估計，得到次基站到第i個次級用戶的信道矩陣疙， 以及估計誤差A(yù)Wi ； 然后通過訓(xùn)練得到用戶的平均信噪比:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于學(xué)習(xí)的無定形小區(qū)的多準則用戶選擇方法，其特征在于=N1越長，即學(xué)習(xí)時間越長，獲得噪聲空間的準確性越高，但降低系統(tǒng)的傳輸效率；隊越短，影響噪聲空間的準確性，實際選取時，根據(jù)系統(tǒng)對精度和傳輸效率的要求設(shè)定并通過實驗仿真進行調(diào)整。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于學(xué)習(xí)的無定形小區(qū)的多準則用戶選擇方法，其特征在于:所述準則為選擇用戶時遵循的原則，包括公平性、數(shù)據(jù)傳輸速率、優(yōu)先級、系統(tǒng)的各項性能。
【文檔編號】H04W16/24GK103957529SQ201410154995
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月17日
【發(fā)明者】費澤松, 王妮煒, 郭少珍, 邢成文, 匡鏡明 申請人:北京理工大學(xué)