[发明专利]一种两层网络中基于分簇的干扰对齐方法

说明书

本发明公开了一种两层网络中基于分簇的干扰对齐方法，包括：首先，基于随机几何对两层网络进行建模，再对飞蜂窝基站、用户进行分簇，最后用干扰对齐技术消除干扰。本发明考虑了三维飞蜂窝网络结构模型，特别是符合三维泊松点过程分布的飞蜂窝网络模型，与实际干扰场景相近。再按照平方误差函数减少的原则对飞蜂窝基站用户对进行分簇，最后利用干扰对齐技术消除宏蜂窝用户与每个簇的跨层干扰，以及飞蜂窝层内簇间干扰，减小了干扰管理复杂度，适用于实际的通信系统。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种两层网络中基于分簇的干扰对齐方法。

背景技术

近年来，能源消耗和电磁污染正变得越来越严重，不利于未来通信基础设施的建设，已成为下一代通信系统中亟待解决的技术问题；另一方面，当前室内语音和数据业务更为多发，人们对数据服务质量要求越来越高，如何有效减少通信网络能源消耗、高效利用频谱资源是运营商下一步必须解决的技术问题。飞蜂窝是部署在室内的小型无线接入点，通过数字用户线或光纤与运营商网络连接，具有部署灵活、低功耗、可实现与宏蜂窝(Macrocell)复用频谱资源等特点。然而，由于频谱资源的稀缺性，同时为了保证在一个宏蜂窝基站覆盖范围内多个飞蜂窝的服务质量，宏蜂窝和飞蜂窝必须分享频率带宽，这会导致宏蜂窝和飞蜂窝之间跨层、共信道干扰的问题，也为构建这个新型网络给现有的干扰管理策略和无线资源管理带来了新的挑战。近来，干扰对齐被认为是一种线性波束成型技术：在发送端设计波束成型矩阵，使每个接收端的干扰对齐到同一个干扰子空间中。这样，有用信号就能在无干扰子空间中传输，实现了消除干扰的目的。但在飞蜂窝密集部署的条件下实现干扰对齐的复杂度比较高，为此需要分簇来降低复杂度。

在密集部署的两层网络的干扰消除问题上，目前已有相关文献展开研究。Shangjing Lin等人于2013年提出了一种最小化飞蜂窝间干扰的子信道分配算法。首先，用随机几何对飞蜂窝建模，最大化簇内飞蜂窝数目来保证下行飞蜂窝用户中断概率；然后，得出互不相交的簇来最小化飞蜂窝间的干扰；最后，执行容量最大化子信道分配算法。虽然该方法在一定程度上缓解了同层干扰问题，平均信干噪比、系统吞吐量、用户服务质量均得以提高，但未考虑跨层干扰问题，具有一定的局限性；中国专利文献CN104168573A提出了飞蜂窝网络下基于分簇干扰对齐的干扰消除方法：在飞蜂窝网络下先对飞蜂窝用户对进行分簇，然后再考虑跨层干扰，最后利用干扰对齐技术消除宏蜂窝对每个簇的干扰。虽然该方法充分利用了频谱资源，并且以较低的复杂度实现了较好的系统性能，但只考虑了消除对簇干扰最大的宏蜂窝用户与簇之间的干扰，具有一定的局限性；Yun Meng等人于2015年提出了一种飞蜂窝网络下结合干扰对齐的资源分配方案。首先根据干扰对齐在可行性条件的约束下选择用户，再进行子信道分配。虽然该方法在一定程度上避免了同层和跨层干扰问题，同时提高了飞蜂窝用户的满意率，但没有对飞蜂窝基站进行合理分簇，系统的实施复杂度较高，不适用于实际的通信系统。可见现有方法均不是最优的干扰消除方法。

发明内容

发明目的：本发明旨在提供一种两层网络中基于分簇的干扰对齐方法，实现系统复杂度、性能和链路开销的良好折中，解决现有干扰消除技术的不足。

技术方案：一种两层网络中基于分簇的干扰对齐方法，所述两层网络包含一个宏蜂窝基站、L(L≥1)个均匀分布的宏蜂窝用户以及K(K≥1)个泊松分布的飞蜂窝小区，所述方法包括以下步骤：

步骤一：建立由飞蜂窝基站用户对所构成的三维蜂窝网络模型，所述飞蜂窝基站用户对由每个飞蜂窝小区内的飞蜂窝基站和飞蜂窝用户构成；定义飞蜂窝基站用户对的集合为：U＝{1,2,…,K}，并沿三维空间的X向、Y向和Z向以齐次泊松点过程随机产生K个点，每个点代表一个飞蜂窝基站用户对；

步骤二：分簇准备，由齐次泊松点过程确定每个飞蜂窝基站用户对的位置坐标并进行随机分簇，定义所得的簇为C＝{C₁,C₂,...,C_n}，C_m表示第m个簇，1≤m≤n，n表示簇的数目，1≤n≤K；