專利名稱：一種上行小區(qū)干擾對齊方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種上行小區(qū)干擾對齊方法，屬于無線通信技術領域。
背景技術：
干擾對齊技術作為一種干擾處理的方法，有利于提升系統(tǒng)可獲得的自由度，從而實現(xiàn)更大的系統(tǒng)吞吐量。目前，對于干擾對齊技術的研究逐漸從理論研究轉向實際通信系統(tǒng)中的應用，而干擾對齊技術在實際通信系統(tǒng)中的應用往往是與有限反饋技術相結合的。其中，作為干擾對齊技術的一項重要的實際應用，使用有限反饋的小區(qū)干擾對齊技術，能夠有效抑制小區(qū)間的干擾、提高無線蜂窩系統(tǒng)的吐吞量性能。
干擾對齊技術通過預編碼，使接收端的干擾被壓縮到小于接收信號空間維數(shù)的信號空間中，從而使有用信號能夠在信號空間剩余的維度上無干擾地傳輸，增加了系統(tǒng)可獲得的自由度，提高了系統(tǒng)的吞吐量性能。在無線蜂窩系統(tǒng)的上行網(wǎng)絡中，基站受到來自相臨小區(qū)邊緣用戶信號的干擾。小區(qū)干擾對齊技術通過用戶預編碼使基站受到的來自相臨小區(qū)用戶的干擾向量對齊到某一隨機生成的參考向量的方向上，從而使小區(qū)間干擾的信號空間被壓縮至一維，最大化了小區(qū)內(nèi)用戶信號可以進行無干擾傳輸?shù)男盘栕涌臻g的維數(shù)。干擾對齊預編碼技術需要發(fā)送端已知信道矩陣，因此需要由發(fā)送端向接收端發(fā)送導頻，再由接收端根據(jù)導頻的測量來反饋相關信息。在實際通信系統(tǒng)中，由于發(fā)送帶寬的限制，接收端無法將導頻測量得到的信息準確地反饋給發(fā)送端，而是必須使用碼本先對信道矩陣進行量化，再將量化后的信息在相應碼本中的索引反饋回去。這種量化以后反饋的信息被稱為有限反饋。當小區(qū)干擾對齊技術與有限反饋相結合時，由于量化誤差的存在，小區(qū)間干擾將無法準確地被對齊到參考向量的方向上，至使小區(qū)間干擾的信號空間的零空間不存在，從而無法完全消除小區(qū)間的干擾，造成了殘余小區(qū)間干擾。殘余小區(qū)間干擾將嚴重影響小區(qū)的吞吐量性能。目前，在無線蜂窩系統(tǒng)的上行網(wǎng)絡中，針對有限反饋造成的殘余干擾而提出的干擾對齊方法有Directional Interference Alignment (D-1A)算法。該算法根據(jù)測量得到的信道矩陣設計參考向量，最小化系統(tǒng)殘余干擾總量的一個上界的期望，從而在一定程度上減小了殘余干擾，提升了系統(tǒng)的吞吐量性能。但是，由于最小化期望值并不能保證每次接收信號時小區(qū)間干擾都被最小化，并且D-1A算法所選取的上界比較松馳，因此使用D-1A算法后殘余干擾仍然比較嚴重，殘余干擾還有進一步被抑制的空間。本發(fā)明針對有限反饋造成的殘余干擾提出了一種上行小區(qū)干擾對齊方法。該方法在基站處根據(jù)導頻測量得到的信道矩陣，估計出來自相臨小區(qū)的干擾，并根據(jù)估計得到的小區(qū)間干擾自適應地調整接收合并矩陣，使之成為能夠最小化殘余小區(qū)間干擾的接收合并矩陣。該方法實現(xiàn)了基站端使用接收合并器處理小區(qū)間干擾之后接收信號中的殘余小區(qū)間干擾的最小化，有效地抑制了殘余小區(qū)間干擾，提高了系統(tǒng)的吞吐量性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對有限反饋造成的殘余干擾提出了一種上行小區(qū)干擾對齊方法，使得在基站端使用接收合并器對接收信號進行小區(qū)間干擾處理之后，接收信號中的殘余小區(qū)間干擾得到了最小化，有效地提高了系統(tǒng)的吞吐量性能。一種上行小區(qū)干擾對齊方法，包括在基站端獲取小區(qū)上行信道的信道矩陣；根據(jù)所述的信道矩陣在基站端計算小區(qū)用戶的預編碼向量；基站向其所在小區(qū)的用戶反饋預編碼向量；根據(jù)所述的信道矩陣和被反饋的預編碼向量在基 站端自適應地計算并調整接收器，從而最小化殘余小區(qū)間干擾，提高系統(tǒng)的吞吐量性能一種干擾對齊設備，包括獲取模塊，位于基站端，用于在基站端獲取信道矩陣；計算模塊，位于基站端，用于計算用戶的預編碼向量；傳輸模塊，位于基站端，用于基站之間傳遞預編碼向量信息；量化模塊，位于基站端，用于量化用戶的預編碼向量；反饋模塊，位于基站端，用于基站向當前小區(qū)用戶反饋量化后的預編碼向量在相應碼本中的索引；接收合并器，位于基站端接收機的最前端，用于對接收的信號進行第一步接收處理，處理來自相臨小區(qū)用戶的小區(qū)間干擾，從而最小化接收信號中的殘余小區(qū)間干擾。迫零接收機，級聯(lián)于基站端接收機中的接收合并器之后，用于消除小區(qū)內(nèi)用戶間的干擾，以便恢復當前小區(qū)每個用戶發(fā)送的符號。本發(fā)明上行小區(qū)干擾對齊方法是一種使用有限反饋的小區(qū)干擾對齊方法，其優(yōu)點是針對有限反饋在小區(qū)干擾對齊方法中造成小區(qū)間殘余干擾的問題，在基站端有效地估計了小區(qū)間的干擾，并根據(jù)實時的小區(qū)間干擾自適應地計算和調整接收合并器，使用適應于當前接收信號中小區(qū)間干擾的接收合并器來處理小區(qū)間干擾，從而最小化了接收合并之后接收信號中的殘余小區(qū)間干擾。本發(fā)明方法的創(chuàng)新關鍵是自適應的接收合并矩陣的計算方法。本發(fā)明能夠有效抑制小區(qū)間的干擾，增大的接收信干噪比，提升系統(tǒng)的吞吐量性倉泛。


圖1是本發(fā)明應用場景兩小區(qū)多用戶系統(tǒng)上行網(wǎng)絡。圖2是本發(fā)明上行小區(qū)干擾對齊方法的流程圖。圖3是本發(fā)明干擾對齊設備的結構圖。圖4是本發(fā)明實施中，基站端接收信號的流程圖。圖5是本發(fā)明實例中，系統(tǒng)配置不同的每用戶反饋比特數(shù)時系統(tǒng)吞吐量性能比較示意圖。
具體實施方式
為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細描述。參見圖1，先介紹本發(fā)明方法的應用場景兩小區(qū)多用戶系統(tǒng)的上行網(wǎng)絡，其中，用戶的發(fā)送天線數(shù)Nt和基站的接收天線數(shù)Nk都為M，即Nt = Nk = M，小區(qū)i有Ki個用戶位于小區(qū)邊緣，i G {1,2},用戶數(shù)滿足Ki ( M-1，小區(qū)i中每個用戶向本小區(qū)基站BSi發(fā)送單流數(shù)據(jù)，圖中用黑色實線箭頭表示，對相臨小區(qū)的基站BSi,造成小區(qū)間干擾，圖中用紅色虛線箭頭表示，i' ￡{1，2}，且1'古i;基站之間通過有線信道相連，可以互相傳遞信息；小區(qū)i的用戶k到當前小區(qū)基站的信道矩陣表示為矩陣Hik，小區(qū)i的用戶k到相臨小區(qū)基站的信道矩陣表示為矩陣Gik，k G {1,2,... ,KHGW，矩陣Hik和Gik的每個元素都為零均值、單位方差的復循環(huán)對稱高斯隨機變量，即CN(0，I);存在基站到當前小區(qū)用戶的有限反饋信道。參見圖2，介紹本發(fā)明上行小區(qū)干擾對齊方法的操作步驟 步驟一，在基站端獲取小區(qū)上行信道的信道矩陣。該步驟的操作內(nèi)容為用戶向當前小區(qū)和相臨小區(qū)的基站發(fā)送導頻信號，基站BSi根據(jù)導頻測量的信息獲取信道矩陣Hik、Gi/ j, j G {1, 2, , Ki, }。步驟二，根據(jù)所述的信道矩陣在基站端計算小區(qū)用戶的預編碼向量。該步驟的操作內(nèi)容為在基站BSi處隨機產(chǎn)生一個參考向量V, 6C&1，根據(jù)參考向量Vi和信道矩陣Gi, j
計算出相臨小區(qū)用戶的預編碼向量，具體計算方法為"^ =~^TG7;V‘ ’其中Wi, j為計算所
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得的小區(qū)i'的用戶j的預編碼向量。步驟三，基站向其所在小區(qū)的用戶反饋預編碼向量。該步驟的操作內(nèi)容為(31)基站通過基站間的有線信道向相臨小區(qū)基站傳送所述計算所得的預編碼向量。(32)基站對從相臨小區(qū)基站傳送過來的預編碼向量進行量化。量化方式采用隨機矢量量化，基站和用戶擁有相同的碼本，Wi, j相對應的量化以后的預編碼向量為MV”Wij e Cmx'。(33)基站將量化以后的預編碼向量在相應碼本中的索引分別反饋給當前小區(qū)的對應用戶。步驟四，根據(jù)所述的信道矩陣和被反饋的預編碼向量在基站端自適應地計算并調整接收器，從而最小化殘余小區(qū)間干擾，提高系統(tǒng)的吞吐量性能。該步驟的操作內(nèi)容為(41)根據(jù)所述的信道矩陣和被反饋的預編碼向量在基站端計算用于消除小區(qū)間干擾的接收合并矩陣，并根據(jù)計算所得的矩陣調整用于消除小區(qū)間干擾的接收合并器。該步驟的具體操作內(nèi)容為(41a)在基站BSi處估計來自相臨小區(qū)用戶的干擾，計算矩陣W1 = [GaW1-G,^ w,k. ] ^ e ,Wi的每一個列向量表示一個來自小區(qū)i'的用戶對基站BSi的干擾。(41b)在基站BSi處根據(jù)計算所得的小區(qū)間干擾矩陣Wi計算用于消除小區(qū)間干擾的接收合并矩陣Ui, G e。首先，計算矩陣WiWi11的M個特征值所對應的M個單位特征向量，則Ui的M-1個列向量為矩陣WiWiH的最小M-1個特征值所對應的M-1個單位特征向量。(41c)根據(jù)計算所得的矩陣調整用于消除小區(qū)間干擾的接收合并器。(42)根據(jù)所述的信道矩陣、被反饋的預編碼向量和計算所得的接收合并矩陣，計算針對每個用戶發(fā)送的信號的迫零接收向量，并根據(jù)計算所得的迫零接收向量分別調整相應的用于消除小區(qū)內(nèi)用戶間干擾的迫零接收機。(42a)在基站BSi處估計小區(qū)i內(nèi)用戶間的干擾，計算矩陣
權利要求
1.一種上行小區(qū)干擾對齊方法，其特征在于，包括在基站端獲取小區(qū)上行信道的信道矩陣；根據(jù)所述的信道矩陣在基站端計算小區(qū)用戶的預編碼向量；基站向其所在小區(qū)的用戶反饋預編碼向量；根據(jù)所述的信道矩陣和被反饋的預編碼向量在基站端自適應地計算并調整接收器，從而最小化殘余小區(qū)間干擾，提高系統(tǒng)的吞吐量性能。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)信道矩陣和被反饋的預編碼向量在基站端自適應地計算并調整接收器，最小化殘余小區(qū)間干擾，包括根據(jù)所述的信道矩陣和被反饋的預編碼向量在基站端計算用于消除小區(qū)間干擾的接收合并矩陣，并根據(jù)計算所得的矩陣調整用于消除小區(qū)間干擾的接收合并器；根據(jù)所述的信道矩陣、被反饋的預編碼向量和計算所得的接收合并矩陣，計算針對每個用戶發(fā)送的信號的迫零接收向量，并根據(jù)計算所得的迫零接收向量分別調整相應的用于消除小區(qū)內(nèi)用戶間干擾的迫零接收機。
3.一種干擾對齊設備，其特征在于，包括獲取模塊，用于在基站端獲取信道矩陣；計算模塊，用于計算用戶的預編碼向量；傳輸模塊，用于基站之間傳遞預編碼向量信息；量化模塊，用于量化用戶的預編碼向量；反饋模塊，用于基站向當前小區(qū)用戶反饋量化后的預編碼向量在相應碼本中的索引；接收合并器，位于基站端接收機的最前端，用于對接收的信號進行第一步接收處理，處理來自相臨小區(qū)用戶的小區(qū)間干擾，從而最小化接收信號中的殘余小區(qū)間干擾。迫零接收機，級聯(lián)于基站端接收機中的接收合并器之后，用于消除小區(qū)內(nèi)用戶間的干擾，以便恢復當前小區(qū)每個用戶發(fā)送的符號。
全文摘要
一種上行小區(qū)干擾對齊方法，操作步驟如下在基站端獲取小區(qū)上行信道的信道矩陣；根據(jù)所述的信道矩陣在基站端計算小區(qū)用戶的預編碼向量；基站向其所在小區(qū)的用戶反饋預編碼向量；根據(jù)所述的信道矩陣和被反饋的預編碼向量在基站端自適應地計算并調整接收器，從而最小化殘余小區(qū)間干擾。本發(fā)明通過干擾對齊的方法來抑制小區(qū)間的干擾，并通過自適應地計算和調整接收器，實現(xiàn)了在使用有限反饋的無線蜂窩系統(tǒng)的上行網(wǎng)絡中，殘余小區(qū)間干擾的最小化，有效地提升了系統(tǒng)的吞吐量性能。
文檔編號H04L25/03GK103023838SQ20121053924
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月13日 優(yōu)先權日2012年12月13日
發(fā)明者呂鐵軍, 方翟 申請人:北京郵電大學