[发明专利]一种异构蜂窝网络下行通信中的两阶段干扰对齐方法

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；(3)smallcell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。

主权项

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S≤M0，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smallcell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{L+1,L+2,...,L+J}组成一个小组B，其中：Δ＝M+N‑(S+1)d，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；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中的smallcell之间存在严重的干扰，即smallcelli(i∈{1,...,L})至少满足以下条件中的一个：(1)smallcell i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，α为一个门限值，在配置系统参数时给定；(2)smallcell i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β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；步骤5.1，宏基站对如下矩阵进行计算：其中，HL+x,0表示从宏基站到小组B中的用户L+x的信道矩阵，x＝1,2,...,q，表示矩阵的共轭转置操作，null(·)表示求矩阵的零空间；步骤5.2，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H~l,0=Hl,0W0,l=1,2,...,L;]]>H~ks,0=HkS,0W0,s=1,2,...,S;]]>所述分层干扰对齐具体包括如下过程：步骤5.2.1，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＝1,2,...,L，Id为d×d的单位矩阵；步骤5.2.2，令步骤5.2.3，根据步骤5.2.2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的干扰信道矩阵，Pj是基站j的发送功率，i∈{k1,...,kS,1,...,L}；步骤5.2.4，判断干扰泄露If是否小于干扰泄露门限值ε，如果是，则步骤5.2.2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5.2.7；否则，进入步骤5.2.5；其中，干扰泄露Tr[IFi]为步骤5.2.3中所述干扰协方差矩阵IFi的迹，ε为给定的干扰泄露门限值，在配置系统参数时给定；步骤5.2.5，基于步骤5.2.3中得出的所述干扰协方差矩阵IFi，计算用户的接收滤波器：Ui＝vd[IFi],i∈{k1,...,kS,1,...,L}，其中，Ui为用户i的接收滤波器，vd[IFi]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5.2.6，根据步骤5.2.5中的用户接收滤波器，按照公式计算基站j的发送预编码矩阵并返回步骤5.2.2；其中，Ui为步骤5.2.5中用户i的接收滤波器，j＝1,2,...,L；步骤5.2.7，基于步骤5.2.3中得出的所述干扰协方差矩阵IFi，计算用户的接收滤波器：Ui＝vd[IFi],i∈{k1,...,kS,1,...,L}；步骤5.2.8，计算宏基站的发送预编码矩阵：首先计算如下矩阵：其中s＝1,2...,S，则宏基站的发送预编码矩阵为：V0=[W0V~k1,...,W0V~kS];]]>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6.1，设计smallcell基站{L+1,L+2,...,L+q}的发送预编码矩阵，具体为：步骤6.1.1，宏基站计算如下矩阵：步骤6.1.2，宏基站对如下矩阵进行奇异值分解：其中矩阵Λj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可计算为其所服务的用户j的接收滤波器为步骤6.2.设计smallcell基站{L+q,...,L+J}的发送预编码矩阵，具体为：步骤6.2.1，宏基站计算如下矩阵步骤6.2.2，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。