雙層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于協(xié)作毫微微蜂窩的干擾抑制預(yù)編碼方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于協(xié)作毫微微蜂窩的干擾抑制預(yù)編碼方法：首先采用QR分解方法消除多個(gè)宏小區(qū)用戶之間，以及多個(gè)毫微微蜂窩用戶之間的同層干擾，得到預(yù)編碼矩陣的第一部分，將該部分與已知信道信息結(jié)合成為等效信道；利用等效信道信息，宏小區(qū)基站采用信漏噪比最大化準(zhǔn)則抑制宏小區(qū)用戶產(chǎn)生的跨層干擾，得到宏小區(qū)用戶預(yù)編碼矩陣的第二部分，毫微微蜂窩基站采用最小均方誤差準(zhǔn)則并加入跨層干擾限制條件以抑制毫微微蜂窩用戶產(chǎn)生的跨層干擾，得到毫微微蜂窩用戶預(yù)編碼矩陣的第二部分；最后將兩部分預(yù)編碼矩陣結(jié)合，得到所需要的預(yù)編碼矩陣。本發(fā)明有效抑制了同層和跨層干擾，提高了宏小區(qū)用戶和毫微微蜂窩用戶的傳輸速率。
【專利說明】雙層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于協(xié)作毫微微蜂窩的干擾抑制預(yù)編碼方 法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線通信領(lǐng)域，具體涉及一種雙層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于協(xié)作毫微微蜂窩的 干擾抑制預(yù)編碼方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，日益增多的室內(nèi)無線通信用戶以及這些無線通信用戶日漸提高的服務(wù)需求 成為了制約通信發(fā)展的主要因素。而傳統(tǒng)的宏小區(qū)基站服務(wù)能力有限，加之室內(nèi)用戶普遍 距離宏小區(qū)基站較遠(yuǎn)而產(chǎn)生了較嚴(yán)重的傳輸信號的功率衰落，這樣就導(dǎo)致了宏小區(qū)基站無 法滿足室內(nèi)用戶的需求。因此，需要在室內(nèi)布置毫微微蜂窩基站來拉近室內(nèi)用戶和基站間 的距離，從而提高基站的覆蓋范圍，降低信號傳輸?shù)乃ヂ溆绊?，提高室?nèi)用戶的服務(wù)質(zhì)量。
[0003] 然而，當(dāng)在宏小區(qū)內(nèi)布置毫微微蜂窩基站后，原始的宏小區(qū)網(wǎng)絡(luò)即變成了宏小 區(qū)-毫微微蜂窩共存的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。在這樣的網(wǎng)絡(luò)中，會存在兩種干擾，即宏小區(qū)用戶之間或 毫微微蜂窩用戶之間的同層干擾，以及宏小區(qū)用戶與毫微微蜂窩用戶之間的跨層干擾。這 兩種干擾都會影響系統(tǒng)性能，因此需要加以抑制。由于時(shí)間和頻率資源的有限性，傳統(tǒng)的基 于時(shí)分或頻分的干擾抑制方法會降低資源利用效率，因此需要利用空間資源來設(shè)計(jì)預(yù)編碼 方法以對這兩種干擾進(jìn)行抑制。
[0004] 傳統(tǒng)的預(yù)編碼設(shè)計(jì)方法主要采用單一的準(zhǔn)則對干擾進(jìn)行處理，比如迫零準(zhǔn)則，塊 對角化準(zhǔn)則，信干噪比最大化準(zhǔn)則以及干擾對齊準(zhǔn)則等。但是，在異構(gòu)網(wǎng)中，不論是宏小區(qū) 基站還是毫微微蜂窩基站，都需要同時(shí)處理宏小區(qū)用戶和毫微微蜂窩用戶，由于這兩種用 戶總體的天線數(shù)較多，這就導(dǎo)致了采用單一準(zhǔn)則進(jìn)行干擾抑制時(shí)，空間資源沒有得到有效 利用，從而降低了干擾抑制效果。此外對于許多室內(nèi)場景，如中小型企業(yè)，機(jī)場，學(xué)校，商場 等，可能存在多個(gè)毫微微蜂窩覆蓋區(qū)域出現(xiàn)交疊的情況，此時(shí)可以考慮將鄰近的若干個(gè)毫 微微蜂窩劃歸到一個(gè)協(xié)作簇中，在該協(xié)作簇中利用聯(lián)合傳輸技術(shù)對毫微微蜂窩用戶進(jìn)行服 務(wù)。
[0005] 綜上所述，如何設(shè)計(jì)一種在雙層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于協(xié)作毫微微蜂窩的預(yù)編碼方法， 將同層干擾和跨層干擾分別處理，從而更有效地利用系統(tǒng)的空間資源是目前亟待解決的問 題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種雙層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于協(xié)作毫微微蜂窩的干擾抑制預(yù) 編碼方法，可以分別處理宏小區(qū)用戶和毫微微蜂窩用戶的同層和跨層干擾，有效利用系統(tǒng) 的空間資源，可以提升系統(tǒng)中用戶的傳輸速率。
[0007] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：
[0008] 1)通過對維度壓縮后的原始信道進(jìn)行基于QR分解的同層干擾消除處理，得到宏 小區(qū)用戶以及毫微微蜂窩用戶各自預(yù)編碼矩陣的第一部分，將所述預(yù)編碼矩陣的第一部分 與已知信道信息結(jié)合成為等效信道；
[0009] 2)在同層干擾消除的基礎(chǔ)上利用等效信道，宏小區(qū)基站采用信漏噪比最大化準(zhǔn)則 得到宏小區(qū)用戶預(yù)編碼矩陣的第二部分，毫微微蜂窩基站采用最小均方誤差準(zhǔn)則并加入跨 層干擾限制條件得到毫微微蜂窩用戶預(yù)編碼矩陣的第二部分；
[0010] 3)將宏小區(qū)用戶以及毫微微蜂窩用戶各自預(yù)編碼矩陣的第一部分以及第二部分 對應(yīng)結(jié)合后，得到宏小區(qū)用戶以及毫微微蜂窩用戶各自的預(yù)編碼矩陣。
[0011] 所述雙層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的場景為：在一個(gè)單獨(dú)的宏小區(qū)內(nèi)存在一個(gè)宏小區(qū)基站和由N 個(gè)毫微微蜂窩組成的一個(gè)協(xié)作簇，每個(gè)毫微微蜂窩內(nèi)含有一個(gè)毫微微蜂窩基站，宏小區(qū)基 站配置Mm根天線，每個(gè)毫微微蜂窩基站配置Nf根天線，宏小區(qū)服務(wù)R個(gè)宏小區(qū)用戶，宏小區(qū) 用戶r配置iT根天線，r e {1，…，R}，并且該宏小區(qū)用戶接收的數(shù)據(jù)流數(shù)為#，毫微微蜂窩 組成的協(xié)作簇以聯(lián)合傳輸?shù)姆绞椒?wù)K個(gè)毫微微蜂窩用戶，毫微微蜂窩用戶k配置欠/根天 線，k e {1，…，K}，并且該毫微微蜂窩用戶接收的數(shù)據(jù)流數(shù)為私。
[0012] 所述步驟1)具體包括以下步驟：
[0013] (a)首先對原始信道進(jìn)行維度壓縮
[0014] 對宏小區(qū)用戶來說，宏小區(qū)基站到宏小區(qū)用戶r的原始信道表示為

【權(quán)利要求】
1. 雙層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于協(xié)作毫微微蜂窩的干擾抑制預(yù)編碼方法，其特征在于：包括以 下步驟： 1) 通過對維度壓縮后的原始信道進(jìn)行基于QR分解的同層干擾消除處理，得到宏小區(qū) 用戶以及毫微微蜂窩用戶各自預(yù)編碼矩陣的第一部分，將所述預(yù)編碼矩陣的第一部分與已 知信道信息結(jié)合成為等效信道； 2) 在同層干擾消除的基礎(chǔ)上利用等效信道，宏小區(qū)基站采用信漏噪比最大化準(zhǔn)則得到 宏小區(qū)用戶預(yù)編碼矩陣的第二部分，毫微微蜂窩基站采用最小均方誤差準(zhǔn)則并加入跨層干 擾限制條件得到毫微微蜂窩用戶預(yù)編碼矩陣的第二部分； 3) 將宏小區(qū)用戶以及毫微微蜂窩用戶各自預(yù)編碼矩陣的第一部分以及第二部分對應(yīng) 結(jié)合后，得到宏小區(qū)用戶以及毫微微蜂窩用戶各自的預(yù)編碼矩陣。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述雙層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于協(xié)作毫微微蜂窩的干擾抑制預(yù)編碼方法， 其特征在于：所述雙層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的場景為：在一個(gè)單獨(dú)的宏小區(qū)內(nèi)存在一個(gè)宏小區(qū)基站和 由N個(gè)毫微微蜂窩組成的一個(gè)協(xié)作簇，每個(gè)毫微微蜂窩內(nèi)含有一個(gè)毫微微蜂窩基站，宏小 區(qū)基站配置Mm根天線，每個(gè)毫微微蜂窩基站配置Nf根天線，宏小區(qū)服務(wù)R個(gè)宏小區(qū)用戶，宏 小區(qū)用戶r配置iC根天線，re{1，…，R}，并且該宏小區(qū)用戶接收的數(shù)據(jù)流數(shù)為C，毫微微 蜂窩組成的協(xié)作簇以聯(lián)合傳輸?shù)姆绞椒?wù)K個(gè)毫微微蜂窩用戶，毫微微蜂窩用戶k配置八7 根天線，ke{1，…，K}，并且該毫微微蜂窩用戶接收的數(shù)據(jù)流數(shù)為4。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述雙層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于協(xié)作毫微微蜂窩的干擾抑制預(yù)編碼方法， 其特征在于：所述步驟1)具體包括以下步驟： (a)首先對原始信道進(jìn)行維度壓縮 對宏小區(qū)用戶來說，宏小區(qū)基站到宏小區(qū)用戶r的原始信道表示為e 為 行數(shù)，Mm為列數(shù)，并且滿足re{1，…，R}，對該原始信道進(jìn)行奇異值分解：r =U入Vr 其中u：?和V,?是酉矩陣，H表示共軛轉(zhuǎn)置，2：「為對角矩陣且2：r的元素為H;"奇異值，這 些奇異值按照從大到小排列，在此基礎(chǔ)上對進(jìn)行維度壓縮，得到： 其中uLd表示IC的左側(cè)g個(gè)列向量，：C5夂表示宏小區(qū)基站到宏小區(qū)用戶r的 維度壓縮信道，C為行數(shù)，Mm為列數(shù)，并且滿足re{1，…，R}; 對毫微微蜂窩用戶來說，協(xié)作簇中的毫微微蜂窩基站n到毫微微蜂窩用戶k的原始信 道表示為GfeCAi/xA?/ ,Z/為行數(shù),Nf為列數(shù),并且滿足nG{1，…，吣和kG{1，…，K},定 義矩陣G/ 為聯(lián)合傳輸?shù)姆绞较碌木C合矩陣，對這一矩陣進(jìn)行奇 異值分解： Gfk =IHWlVf1 其中U{和V/是酉矩陣,?為對角矩陣且^的元素為G丨的奇異值，這些奇異值按照從 大到小排列，在此基礎(chǔ)上對G/進(jìn)行維度壓縮，得到： Gf=UfnGf k ) 其中1表示11丨的左側(cè)i丨個(gè)列向量，G丨^表示毫微微蜂窩基站到毫微微蜂 窩用戶k的維度壓縮信道,為行數(shù)，NNf為列數(shù),并且滿足kG{1，…，K}; (b) 對維度壓縮信道進(jìn)行QR分解 對宏小區(qū)用戶來說，定義宏小區(qū)用戶r的干擾矩陣 §：" = [6嚴(yán),…,ft…,At 在此基礎(chǔ)上進(jìn)行以下QR分解：
其中為酉矩陣，昆：*為上三角矩陣； 對于毫微微蜂窩來說，定義毫微微蜂窩用戶k的干擾矩陣 = [6f,,6f,,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行以下的QR分解：
其中為酉矩陣，艮f為上三角矩陣； (c) 抑制同層干擾，獲得預(yù)編碼矩陣的第一部分 對宏小區(qū)用戶來說，從提取矩陣@^<丨，其中C〇/,m =Z，該矩陣表示的 前列，包含了矩陣登卩所張成的空間，宏小區(qū)用戶的預(yù)編碼矩陣的第一部分表示 為：
其中表示宏小區(qū)用戶r的預(yù)編碼矩陣的第一部分，I表示單位矩陣； 對毫微微蜂窩用戶來說，從提取矩陣，其中C〇// = ，該矩陣表示 ^的前包含了矩陣^'所張成的空間，毫微微蜂窩用戶的預(yù)編碼矩陣的第 一部分表不為：
其中表示毫微微蜂窩用戶k的預(yù)編碼矩陣的第一部分； (d) 得到等效信道 在得到每個(gè)宏小區(qū)用戶和毫微微蜂窩用戶的預(yù)編碼矩陣的第一部分后生成如下的等 效矩陣：
Hf 表示毫微微蜂窩基站n到宏小區(qū)用戶r的原始信道，而 H/= ]表示毫微微蜂窩基站到宏小區(qū)用戶r的綜合信道，對此綜合信道進(jìn)行維 度壓縮，得到維度壓縮信道;Gl"e 表示宏小區(qū)基站到毫微微蜂窩用戶k的原始信 道，對此原始信道進(jìn)行維度壓縮，得到維度壓縮信道6丨" ；fi：*表示宏小區(qū)基站到宏小區(qū)用戶r的等效信道；表示宏小區(qū)基站到毫微微蜂窩用戶k的等效信道；食【表示毫微微蜂窩 基站到宏小區(qū)用戶1的等效綜合信道；表示毫微微蜂窩基站到毫微微蜂窩用戶k的等效 綜合信道。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述雙層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于協(xié)作毫微微蜂窩的干擾抑制預(yù)編碼方法， 其特征在于：所述步驟2)具體包括以下步驟： (a)對宏小區(qū)用戶來說，信漏噪比最大化準(zhǔn)則的優(yōu)化目標(biāo)為：
其中SLNR「表示宏小區(qū)基站到宏小區(qū)用戶r的信漏噪比值，求解上述優(yōu)化目標(biāo)時(shí)首先 進(jìn)行如下的奇異值分解：
其中Ntl表示噪聲功率譜密度，￠:;和為酉矩陣，￡：；為對角矩陣并且紀(jì);中的元素為
的奇異值，將Ir中的奇異值按照從小到大的順序依次排列，并 ^rk 且把的列向量對應(yīng)于奇異值順序重新進(jìn)行排列； 然后再進(jìn)行如下的奇異值分解：
其中?和為酉矩陣，為對角矩陣并且￡;*中元素為的奇異值，將中的 奇異值按照從大到小的順序排列，并把文"的列向量對應(yīng)于奇異值順序重新進(jìn)行排列。 最后得到宏小區(qū)用戶r的預(yù)編碼矩陣的第二部分： t；(2)=(v；；v;)(￡：b) 其中￠€)表示提取矩陣的前g列； (b)對毫微微蜂窩用戶來說，最小均方誤差準(zhǔn)則的優(yōu)化目標(biāo)為： I^2) =argminMSE〈G {1，…，人1 \|2(
其中MSEf表示毫微微蜂窩基站到毫微微蜂窩用戶k的均方誤差值，tr()表示對括號 中的矩陣求跡運(yùn)算，7^.表示毫微微蜂窩用戶k泄漏到宏小區(qū)用戶r的跨層干擾的比例系 數(shù)，<：丨.，上述優(yōu)化目標(biāo)用拉格朗日乘數(shù)法求解，所得到的毫微微蜂窩用戶預(yù)編碼 矩陣的第二部分表示為：
其中七表示毫微微蜂窩用戶k泄漏到宏小區(qū)用戶r的跨層干擾所對應(yīng)的拉格朗日乘 子，=, ?/表示設(shè)計(jì)需要逼近的目標(biāo)，該目標(biāo)由貧經(jīng)過奇異值分解后的前私 個(gè)右奇異向量組成，而符號"-1"表示求逆運(yùn)算，當(dāng)上述大括號中相應(yīng)式子的逆不存在的時(shí) 候，進(jìn)行如下的特征值分解：
的特征值，將Li中的特征值按照從小到大排列，而Ef中的列向量則按照特征值從大到小的 對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行排列，此時(shí)所得到的毫微微蜂窩用戶k的預(yù)編碼矩陣的第二部分表示為：
其中表示毫微微蜂窩用戶k泄漏到宏小區(qū)用戶r的跨層干擾所對應(yīng)的調(diào)節(jié)參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述雙層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于協(xié)作毫微微蜂窩的干擾抑制預(yù)編碼方法， 其特征在于：所述步驟3)具體包括以下步驟： 對宏小區(qū)用戶r來說，預(yù)編碼矩陣表示為： rpm_rpmrpm 卜=1H1)V) 對毫微微蜂窩用戶k來說，預(yù)編碼矩陣表示為： rTJ-rT.!'rTJ h-1^(I) 1A-12) O
【文檔編號】H04B7/06GK104506226SQ201410783388
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月16日
【發(fā)明者】任品毅, 徐大同, 杜清河, 孫黎 申請人:西安交通大學(xué)