异构蜂窝网络中基于调度和干扰对齐的下行干扰消除方法
【专利摘要】本发明公开了一种异构蜂窝网络中基于调度和干扰对齐的下行干扰消除方法，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）用户测量各基站到自身的信道状态信息，并反馈给各基站；（2）各基站根据信道状态信息，进行下行传输链路调度；（3）宏基站构建被调度基站的发送波束成形矩阵，并通过回程链路发送给各基站；（4）被调度的基站使用构建的发送波束成形矩阵给用户发送数据；（5）用户设计接收波束成形矩阵，消除干扰并接收数据。本发明根据干扰对齐可行性条件调度可达到最大下行吞吐量的链路进行传输，并利用干扰对齐解决了被调度链路间的相互干扰，提升了网络吞吐量，可用于异构蜂窝网络通信。
【专利说明】异构蜂窝网络中基于调度和干扰对齐的下行干扰消除方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无线通信领域，涉及异构蜂窝网络中基于调度和干扰对齐的下行干扰消除方法，可用于异构蜂窝网络中的干扰管理。
【背景技术】
[0002]随着无线用户对移动业务需求的快速增加，无线通信网络需要为用户提供无处不在的高速数据接入服务。通过在宏蜂窝小区中的热点地区及覆盖盲点地区布设smallcell，例如microcell, picocell, femtocell,可以有效的提高频谱资源的利用效率,从而增加无线蜂窝网络的容量。在这种异构蜂窝网络中，微蜂窝与宏蜂窝网络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]在异构蜂窝网络中同时存在两种干扰:层间干扰和层内干扰。层间干扰指的是异构蜂窝网络中不同层次的小区间的干扰，例如宏蜂窝跟Picocell间的相互干扰；层内干扰指的是异构蜂窝网络中处于相同层次的小区间的干扰，例如不同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方法来实现。这种方法通过将频谱资源从时间域或频率域上进行正交划分，然后给相互干扰的小区分配正交的资源，从而达到干扰避免的目的。但这种方法大大降低了频谱的利用效率。
[0004]最近提出的干扰对齐的方法可以通过将多个干扰信号对齐到一个子空间上使得其他子空间可以进行无干扰的传输，从而解决干扰问题。对于具有K条通信链路的MIMO干扰信道，干扰对齐技术通过设计发送端的发送波束成形矩阵，使得在每个接收端处来自K-1个干扰链路的信号对齐到同一信号空间中，然后每个接收端通过迫零接收得到自己需要的信号。但是对于干扰对齐，如果发送端和接收端的天线数目给定，则同时传输的最大链路数目也就确定了。换言之，可同时传输的链路数目受到发送端和接收端天线数目的限制。在异构蜂窝网络中，通常会布设较多的smallcell，而基站和用户终端装备的天线数目较少，因此，如果所有的基站同时传输会导致干扰对齐不可行。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种异构蜂窝网络中基于调度和干扰对齐的下行干扰消除方法，以在异构蜂窝网络中根据干扰对齐的可行性条件对传输链路进行调度，并利用干扰对齐解决被调度链路间的干扰问题。
[0006]实现本发明的技术方案，包括如下步骤:
[0007](I)用户测量各基站到自身的信道状态信息CSI，并反馈给各基站；
[0008](2)每个基站根据获得的信道状态信息CSI，进行下行传输链路调度:
[0009]2a)根据信道状态信息CSI，第i个基站寻找与自己之间平均路径增益最大的前S
个用户，记作A?.其中?=0，1，...，Ι，S=Hiax {N，L}，N为系统的配置参数， X为网
络中总用户数， Nk为用户设备的天线数，NT为基站的天线数，d为每个基站传输的数据流的数目，O表示宏基站，I为小区内smallcell基站的数目；
[0010]2b)第j个smallcell基站通过回程链路将第j个smallcell基站的前S个用户
人发送给宏基站，j=l, 2，…，I ;
[0011]2c)宏基站接收到第j个基站的前S个用户后，要求每个smallcell基站将其自身到用户U1-1f的下行信道状态信息CSI发送给宏基站，j=i，...，〗，表示K50,κ；\..\ 的并集；
[0012]2d)宏基站从I个smallcell基站中选出L-1个smallcell基站，组成一个smallcell基站组合P=Od1, b2,...,V1),其中bx e {I, 2，…，1},且对于任意给定的I关1' ，Wb1 ^ br，br e {I, 2，...，1}，1=1，2，...，L-1，1' =1，2，...，L-1 ；
[0013]记所有可能的smallcell基站组合为W=Ip1, P2,…，PA}，其中J = C广，Cf-1为从I
个smallcell基站中选出L-1个smallcell基站的组合数；
[0014]2e)从步骤2d)中得到的W中选择一种smallcell基站的组合:
[0015]P=Od1, b2,…，V1) e W，其中 Id1G {1，2，…，1}，1=1，2，…，L-1 ;
[0016]2f)根据步骤2e)中选择的smallcell基站组合p,计算与smallcell基站组合p相对应的用户向量集合Qp:
[0017]2Π)从第m个基站的前S个用户中选择N个平均路径增益最大的用户，记作.m e {OUp}；
[0018]2f2)对于每个基站me {OUp},从其对应的N个平均路径增益最大的用户K:中任选一个用户，形成一个用户向量I =其中bfO,且对于任意给定
的yfy'，有\#, \.是第by个基站服务的用户，《是第by,个基站服务的用户，y=0, I,..., L-1, y' =0, I,…，L-1 ;与smallcell基站组合p对应的所有可能的用户向量的集合即为Qp;
[0019]2g)判断步骤2f )中得到的用户向量集合Qp是否为空集，如果是，则令N=N+1，并返回步骤2f);否则，进入步骤2h)；
[0020]2h)对步骤2e)中选择的smallcell基站的组合P和步骤2f)中获得的每一个用户向量qp e Qp，构建干扰对齐，并计算获得的吞吐量；
[0021]2i)判断是否已经取遍步骤2d)中所有smallcell基站组合情况W中的所有元素，如果是，则进入步骤2 j);否则，返回步骤2e)；
[0022]2j)选择吞吐量最大的smallcell基站组合，以及此smallcell基站组合所对应的用户向量，并将此smallcell基站组合和用户向量分别记作P" =(b/，b2"，…，")
和=(?,?",?，…，wt)，其中 be" e {1,2,..., I},e=l,2, -,L-1 η 是第 bz"个基站服
务的用户，bz" e {OUp" },bQ" =0, z=0, 1，…，L-1 ;
[0023](3)宏基站构建自己及smallcell基站组合p"中smallcell基站的发送波束成形矩阵以达到干扰对齐，将计算得到的发送波束成形矩阵通过回程链路发送给各smallcell基站，并告知每个smallcell基站其所应提供服务的用户；
[0024](4)宏基站与smallcell基站组合P"中的smallcell基站使用步骤(3)中得到的发送波束成形矩阵给各自服务的用户发送数据；
[0025](5)用户向量qp"中的用户，根据步骤(4)中宏基站与smallcell基站组合p"中smallcell基站发送的信号，设计接收波束成形矩阵，以消除干扰并接收数据。
[0026]本发明具有如下优点:
[0027]1.本发明根据干扰对齐的可行性条件对异构蜂窝网络中的下行传输链路进行调度，并利用干扰对齐消除了被调度链路间的干扰。
[0028]2.本发明通过调度具有最大下行吞吐量的链路进行传输，提升了网络整体的吞吐量。
[0029]3.本发明通过调度宏基站与部分smallcell基站一起传输，同时消除了异构蜂窝网络中的跨层干扰和同层干扰。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1是本发明的实现总流程图；
[0031]图2是本发明中进行干扰对齐的子流程图；
[0032]图3是本发明中 构建基站发送波束成形矩阵的子流程图。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0034]参照图1，本发明的具体实施步骤如下:
[0035]步骤1:网络中的所有用户测量每个基站到自己的下行信道状态信息CSI，并反馈
给各基站。
[0036]所述信道状态信息CSI，包括路径增益gix和信道矩阵，其中i=0，1，…
,1,0表示宏基站，I为小区内smallcell基站的数目，x=l, 2，…，X，X为网络中总的用户数，Ne为用户的接收天线数，Nt为基站的发送天线数；
[0037]步骤2:每个基站根据获得的信道状态信息CSI，进行下行传输链路调度。
[0038]2a)根据信道状态信息CSI，第i个基站寻找与自己之间平均路径增益最大的
前S个用户，记竹A 其中i=0，l，...，I，S=Hiax{N，L}，N为系统的配置参数，I大于N大于X，
Z = ^:^ -1，Nr为用户设备的天线数，Nt为基站的天线数，d为每个基站传输的数据流
a
的数目，O表不宏基站，I为小区内smallcell基站的数目；
[0039]2b)第j个smallcell基站通过回程链路将第j个smallcell基站的前S个用户K发送给宏基站，j=l, 2,…，I ;
[0040]2c)宏基站接收到第j个基站的前S个用户^后，要求每个smallcell基站将其自身到用户UttlIf的下行信道状态信息CSI发送给宏基站，j=l，2，...，〗，表示KK. K的并集；
[0041]zaj太基站从I个smallcell基站中选出L-1个smallcell基站，组成一个 smallcell基站组合pKt^，b2,…，D，其中h1 G {1，2，…，1}，且对于任意给定的1^1', 有、古 br，br G {1，2，...，1}，1=1，2，...，L-l，I' =1，2，...，L-1 ；
[0042]2e)步骤2d)中所有可能的smallcell基站组合为W= {p。p2，…，pA},其中 A =(’卜，(,为从I个smallcell基站中选出L-1个smallcell基站的组合数；
[0043]2f)从步骤2e)中得到的W中选择一种smallcell基站的组合：
[0044]p=(b”b2，…，D GW，其中 hG {1，2，…，I}，1=1，2，...，L_1 ;
[0045]2g)根据步骤2f)中选择的smallcell基站组合p,计算与smallcell基站组合p 相对应的用户向量集合Qp ：
[0046]2gl)从第m个基站的前S个用户k中选择N个平均路径增益最大的用户，记作 C, me {0 U p}；
[0047]2g2)对于每个基站me {0 U p}，从其对应的N个平均路径增益最大的用户
中任选一个用户，形成一个用户向量=(wv气，其中bfO，且对于任意给定
的，有"o *%’ \是第by个基站服务的用户，是第by,个基站服务的用户， y=0, 1，...，L-1, y1 =0, 1，…，L-1 ;与smallcell基站组合p对应的所有可能的用户向量的 集合即为Qp;
[0048]2h)判断步骤2g)中得到的用户向量集合％是否为空集，如果是，则令N=N+1，并 返回步骤2g);否则，进入步骤2i)；
[0049]2i)对步骤2f)中选择的smallcell基站的组合p和步骤2e)中获得的每一个用 户向量qp G Qp，进行干扰对齐，并计算获得的吞吐量：
[0050]参照图2，本步骤的实现步骤如下：
[0051]2il)宏基站及smallcell基站组合p中的smallcell基站生成随机发送波束成形 矩阵V V?满足条件'V(=L，<是'的共轭转置，bye {0 U p}，y=0，l，…，L_l，Id 为dXd的单位矩阵；
[0052]2i2)令W=V%，其中，' 是基站by的发送波束成形矩阵，by G {0 U p}， y=o, 1，…，L-l ；
[0053]2i3)根据步骤2i2)中的发送波束成形矩阵 ' 汁算干扰协方差矩阵：
[0054]
【权利要求】
1.一种异构蜂窝网络中基于调度和干扰对齐的下行干扰消除方法，包括以下步骤: (1)用户测量各基站到自身的信道状态信息CSI，并反馈给各基站； (2)每个基站根据获得的信道状态信息CSI，进行下行传输链路调度: .2a)根据信道状态信息CSI，第i个基站寻找与自己之间平均路径增益最大的前S个用户，记作[其中
2.根据权利要求1所述的异构蜂窝网络中基于调度和干扰对齐的下行干扰消除方法，其中所述步骤2h)中的构建干扰对齐，按如下步骤进行: 2hl)宏基站及smallcell基站组合p中的smallcell基站生成随机发送波束成形矩阵％?，V,、满足条件 V6iVf =Id，V(是 Vfli 的共轭转置，
3.根据权利要求1所述的异构蜂窝网络中基于调度和干扰对齐的下行干扰消除方法，其中所述步骤2h)中的计算吞吐量，按如下公式进行: i? = |log2 det 卜(?-? (<)" U:；r]， 其中，巧即为所求的吞吐量，IdSdXd的单位矩阵，是基站\到用户'的平均路径增益，&是基站by的发送功率，。2为噪声功率，和V分别为权利要求2中得到的接收波束成形矩阵和发送波束成形矩阵，是基站by到用户的信道矩阵，by e {O U p}, wft, &clp，y=0, I,...，L-1, det 表示矩阵的行列式。
4.根据权利要求1所述的异构蜂窝网络中基于调度和干扰对齐的下行干扰消除方法，其中所述步骤(3)中的宏基站构建自己及smallcell基站组合p"中smallcell基站的发送波束成形矩阵，按如下步骤进行: 3a)宏基站及smallcell基站组合P"中的smallcell基站生成随机发送波束成形矩阵V,;，Vfe;满足条件为:V6;V6f =Id，Vf 是 \ 的共轭转置，bz" e {OUp" }，ζ=0，1，...Λ-1，Id为dXd的单位矩阵； 3b)令Vf=V^，其中，Vg是基站bz"的发送波束成形矩阵，bz" e {OUp" }，z=0, I,…，L-1 ； 3c)根据步骤3b)中的发送波束成形矩阵计算干扰协方差矩阵:
5.根据权利要求1所述的异构蜂窝网络中基于调度和干扰对齐的下行干扰消除方法，其中步骤(5)所述的设计接收波束成形矩阵，其公式如下: 其中，即为用户乂的接收波束成形矩阵，是基站服务的用户，&是基站bz,"的发送功率，6?;是基站bz,"到用户~的平均路径增益，是基站bz,"到用户的信道矩阵，Vfw为权利要求4中得到的发送波束成形矩阵，bz" e {OUp" }，
【文档编号】H04W72/12GK103491642SQ201310435917
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月23日 优先权日:2013年9月23日
【发明者】盛敏, 刘国庆, 王玺钧, 张琰, 史琰, 焦万果, 徐超, 王亮 申请人:西安电子科技大学