專利名稱：基于干擾對齊的預(yù)編碼、預(yù)解碼方法及發(fā)射機(jī)和移動終端的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信系統(tǒng)中多小區(qū)(multi-cell)協(xié)作通信(coordinatedcommunications),具體涉及一種基于干擾對齊(Interference Alignment)的多小區(qū)協(xié)作通信中的預(yù)編碼、預(yù)解碼方法及發(fā)射機(jī)和移動終端。
背景技術(shù)：
在無線移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，若相鄰小區(qū)工作在同一頻段上，小區(qū)邊緣用戶將會受到相鄰小區(qū)的強(qiáng)烈干擾。這種干擾通常稱為同頻干擾。小區(qū)間的這種同頻干擾嚴(yán)重影響小區(qū)邊緣用戶的通信質(zhì)量，如傳輸速率，傳輸可靠性等。如全球移動通信(GSM)蜂窩網(wǎng)之類的傳統(tǒng)技術(shù)采用頻分復(fù)用的方式，即相鄰小區(qū)使用不同子帶傳輸。此方案可有效避免小區(qū)間的干擾，但卻減少了用于有用信號傳輸?shù)馁Y源的數(shù)量，并且因此降低了頻譜利用效率。如長期演進(jìn)(LTE)網(wǎng)絡(luò)之類最新的網(wǎng)絡(luò)均傾向于讓整網(wǎng)或局部網(wǎng)絡(luò)中的各個小區(qū)工作在相同頻帶上，而通過高級的小區(qū)間同頻干擾管理的方法來抑制干擾從而提高通信質(zhì)量。最新的研究提出一種干擾對齊的方式。利用這種方法，不但小區(qū)間的干擾可以被有效抑制，而且更多的資源可以被保留下來用作有用信號的傳輸。綜合以上兩方面的優(yōu)點(diǎn)，干擾對齊方式可以獲得更有效的無線傳輸。干擾對齊的基本思想是將信號空間分成期望的信號子空間和干擾信號子空間，然后將所有的干擾信號劃歸到干擾子空間中，從而更為有效地抑制小區(qū)間的干擾。非專利文獻(xiàn)l(C.Suh et. al. , “Downlink Interference Alignment，，GlobeCOM2010)和非專利文獻(xiàn) 2 (W. Shin et. al. “On the Design of Interference AlignmentScheme for Two-Cell MIMO Interfering Broadcast Channels，，IEEE Trans, on WirelessComm. 2011)中提出了兩種基于干擾對齊的多小區(qū)多用戶線性預(yù)編碼解碼算法。但是，這些對干擾對齊的研究目前還主要集中在理論論證階段。未發(fā)現(xiàn)可用于實(shí)際實(shí)施的方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種基于干擾對齊的協(xié)作通信中的預(yù)編碼、預(yù)解碼方法以及發(fā)射機(jī)和移動終端。 在本發(fā)明的一個方面，提出了一種基于干擾對齊的預(yù)編碼方法，包括步驟利用當(dāng)前發(fā)射機(jī)小區(qū)范圍內(nèi)的終端的下行信道信息計算天線適配矩陣，該天線適配矩陣用于對當(dāng)前發(fā)射機(jī)進(jìn)行天線映射，使得能夠執(zhí)行干擾對齊算法；利用當(dāng)前發(fā)射機(jī)到協(xié)作小區(qū)范圍內(nèi)的終端的下行信道信息以及當(dāng)前發(fā)射機(jī)的所述天線適配矩陣計算當(dāng)前發(fā)射機(jī)的多小區(qū)預(yù)編碼矩陣，以及協(xié)作小區(qū)范圍內(nèi)的終端的多小區(qū)解碼矩陣；基于當(dāng)前發(fā)射機(jī)小區(qū)范圍內(nèi)的終端的下行信道信息、當(dāng)前發(fā)射機(jī)的天線適配矩陣和多小區(qū)預(yù)編碼矩陣，以及從協(xié)作通信的小區(qū)接收的當(dāng)前發(fā)射機(jī)小區(qū)范圍內(nèi)的終端的多小區(qū)解碼矩陣，來計算當(dāng)前發(fā)射機(jī)的單小區(qū)多用戶預(yù)編碼矩陣；用所述單小區(qū)多用戶預(yù)編碼矩陣和所述多小區(qū)預(yù)編碼矩陣對用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)編碼，并用所述天線適配矩陣進(jìn)行天線適配。在本發(fā)明的另一方面，提出了一種發(fā)射機(jī)，包括天線適配矩陣計算單元，利用所述發(fā)射機(jī)的小區(qū)范圍內(nèi)的終端的下行信道信息計算天線適配矩陣，該天線適配矩陣用于對當(dāng)前發(fā)射機(jī)進(jìn)行天線映射，使得能夠執(zhí)行干擾對齊算法；多小區(qū)預(yù)編碼矩陣計算單元，基于所述發(fā)射機(jī)到協(xié)作小區(qū)范圍內(nèi)的終端的下行信道信息以及所述天線適配矩陣計算所述發(fā)射機(jī)的多小區(qū)預(yù)編碼矩陣，以及協(xié)作小區(qū)范圍內(nèi)的終端的多小區(qū)解碼矩陣；單小區(qū)多用戶預(yù)編碼矩陣計算單元，基于所述發(fā)射機(jī)的小區(qū)范圍內(nèi)的終端的下行信道信息、所述發(fā)射機(jī)的天線適配矩陣和多小區(qū)預(yù)編碼矩陣，以及從協(xié)作通信的小區(qū)接收的所述發(fā)射機(jī)的小區(qū)范圍內(nèi)的終端的多小區(qū)解碼矩陣，來計算所述發(fā)射機(jī)的小區(qū)的單小區(qū)多用戶預(yù)編碼矩陣；預(yù)編碼單元，用所述單小區(qū)多用戶預(yù)編碼矩陣和所述多小區(qū)預(yù)編碼矩陣對用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)編碼，并用所述天線適配矩陣進(jìn)行天線適配。在本發(fā)明的另一方面，提供了一種基于干擾對齊的預(yù)解碼方法，包括移動終端接收來自服務(wù)小區(qū)的發(fā)射機(jī)的多小區(qū)解碼矩陣；用所述多小區(qū)解碼矩陣對下行用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼；依據(jù)來自發(fā)射機(jī)的下行信號和所得到的多小區(qū)解碼矩陣估計單小區(qū)多用戶等效信 道，并且依據(jù)所得到的單小區(qū)多用戶等效信道計算單小區(qū)多用戶解碼矩陣；用計算得到的單小區(qū)多用戶解碼矩陣對下行數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測。在本發(fā)明的又一方面，提供了一種移動終端，包括多小區(qū)解碼單元，接收來自服務(wù)小區(qū)的發(fā)射機(jī)的多小區(qū)解碼矩陣，用所述多小區(qū)解碼矩陣對下行用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼；信道估計單元，依據(jù)來自發(fā)射機(jī)的下行信號和所得到的多小區(qū)解碼矩陣估計單小區(qū)多用戶等效信道，并且依據(jù)所得到的單小區(qū)多用戶等效信道計算單小區(qū)多用戶解碼矩陣；多用戶解碼單元，用計算得到的單小區(qū)多用戶解碼矩陣對下行數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測。利用本發(fā)明的實(shí)施例，通過天線映射可將一個指定系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成一個可應(yīng)用干擾對齊方法的等效系統(tǒng)，即將一個不可直接應(yīng)用干擾對齊的系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成一個可以直接應(yīng)用干擾對齊的系統(tǒng)。另外，將小區(qū)間干擾抑制和小區(qū)內(nèi)干擾管理分割成兩個獨(dú)立的過程，每個過程中可采用不同的線性預(yù)編碼、解碼方法。依據(jù)此設(shè)計可獲得大量實(shí)施方案。各種方案有不同的性能和復(fù)雜度，可適用于不同通信環(huán)境。


從下面結(jié)合附圖的詳細(xì)描述中，本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)將更明顯，其中圖I示出了根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的方法所應(yīng)用的場景；圖2是用來描述預(yù)編碼、預(yù)解碼方法的關(guān)于發(fā)射機(jī)和移動終端的示意圖；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的移動終端的結(jié)構(gòu)示意圖；以及圖5示出了根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的基于干擾對齊的預(yù)編碼方法和預(yù)解碼方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面，參考附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。在附圖中，雖然示于不同的附圖中，但相同的附圖標(biāo)記用于表示相同的或相似的組件。為了清楚和簡明，包含在這里的已知的功能和結(jié)構(gòu)的詳細(xì)描述將被省略，避免使本發(fā)明的主題不清楚。圖I示出了根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的方法和系統(tǒng)的應(yīng)用場景。如圖I所示，相鄰的兩小區(qū)的發(fā)射機(jī)(小區(qū)I的發(fā)射機(jī)和小區(qū)2的發(fā)射機(jī))工作在同一頻帶內(nèi)，它們彼此通過有線連接(圖I中虛線所示的連接)從而可以進(jìn)行有限的信息交互。這種信息交互僅限于系統(tǒng)狀態(tài)信息或控制信息，而不包含用戶數(shù)據(jù)，即發(fā)向用戶的數(shù)據(jù)只存在于用戶所在小區(qū)的發(fā)射機(jī)內(nèi)。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，與發(fā)射機(jī)相對應(yīng)的小區(qū)可以是單個基站的覆蓋區(qū)域，也可以基站的某個發(fā)射機(jī)所對應(yīng)的扇區(qū)(sector)。每個發(fā)射機(jī)同時服務(wù)其小區(qū)內(nèi)的多個用戶。例如小區(qū)I的發(fā)射機(jī)服務(wù)終端(1，I)和終端(1，2)，小區(qū)2的發(fā)射機(jī)服務(wù)終端(2，1)和終端(2，2)。由于工作在相同頻帶，相鄰的小區(qū)I和小區(qū)2之間會產(chǎn)生同頻干擾。小區(qū)I的發(fā)射機(jī)和小區(qū)2的發(fā)射機(jī)間通過有限的信令交互抑制小區(qū)間同頻干擾。由于小區(qū)間存在合作(協(xié)作)，同時每個小區(qū)服務(wù)多個用戶，此系統(tǒng)被稱為多小區(qū)多用戶系統(tǒng)。本發(fā)明實(shí)施例的方法涉及基于多天線線性預(yù)編碼和/或解碼的多小區(qū)協(xié)作通信方案，其中預(yù)編碼矩陣和解碼矩陣的獲取是基于干擾對齊的思想實(shí)現(xiàn)的。圖2是用來描述預(yù)編碼、預(yù)解碼方法中的關(guān)于發(fā)射機(jī)和移動終端的示意圖。如圖
2所示。在發(fā)送端，用戶I的數(shù)據(jù)和用戶2的數(shù)據(jù)分別經(jīng)過加權(quán)相加后映射到發(fā)射天線上。發(fā)送端加權(quán)系數(shù)構(gòu)成的矩陣(或向量)被稱為預(yù)編碼矩陣(或向量)。在接收端，例如用戶k，各天線上接收到的信號被加權(quán)疊加以獲取有用信號。接收端加權(quán)系數(shù)所構(gòu)成的矩陣(或向量)被稱為解碼矩陣(或向量)。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，通過優(yōu)化預(yù)編碼矩陣(或向量)和解碼矩陣(或向量)使得多小區(qū)協(xié)作通信系統(tǒng)獲得更高的頻譜利用效率，使得用戶可進(jìn)行高質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸。運(yùn)用線性預(yù)編碼解碼的多小區(qū)多用戶下行MIMO系統(tǒng)輸入輸出關(guān)系可用以下公式來表達(dá)
權(quán)利要求
1.一種基于干擾對齊的預(yù)編碼方法，包括步驟 利用當(dāng)前發(fā)射機(jī)小區(qū)范圍內(nèi)的終端的下行信道信息計算天線適配矩陣，該天線適配矩陣用于對當(dāng)前發(fā)射機(jī)進(jìn)行天線映射，使得能夠執(zhí)行干擾對齊算法； 利用當(dāng)前發(fā)射機(jī)到協(xié)作小區(qū)范圍內(nèi)的終端的下行信道信息以及當(dāng)前發(fā)射機(jī)的所述天線適配矩陣計算當(dāng)前發(fā)射機(jī)的多小區(qū)預(yù)編碼矩陣，以及協(xié)作小區(qū)范圍內(nèi)的終端的多小區(qū)解碼矩陣； 基于當(dāng)前發(fā)射機(jī)小區(qū)范圍內(nèi)的終端的下行信道信息、當(dāng)前發(fā)射機(jī)的天線適配矩陣和多小區(qū)預(yù)編碼矩陣，以及從協(xié)作通信的小區(qū)接收的當(dāng)前發(fā)射機(jī)小區(qū)范圍內(nèi)的終端的多小區(qū)解碼矩陣，來計算當(dāng)前發(fā)射機(jī)的小區(qū)的單小區(qū)多用戶預(yù)編碼矩陣； 用所述單小區(qū)多用戶預(yù)編碼矩陣和所述多小區(qū)預(yù)編碼矩陣對用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)編碼，并用所述天線適配矩陣對預(yù)編碼后的用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行天線適配。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，還包括步驟當(dāng)前發(fā)射機(jī)向協(xié)作小區(qū)的發(fā)射機(jī)發(fā)送協(xié)作小區(qū)覆蓋范圍內(nèi)的終端的多小區(qū)解碼矩陣。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其中計算天線適配矩陣的步驟包括 對下行信道矩陣H進(jìn)行奇異值分解得到USVH，從矩陣V中選擇等效系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)端的天線數(shù)目的列來構(gòu)成天線適配矩陣，其中酉矩陣U的列向量構(gòu)成為左奇異向量，酉矩陣V的列向量構(gòu)成右奇異向量，對角陣S的對角線元素為奇異值，上標(biāo)“H”代表對矩陣作共軛轉(zhuǎn)置操作。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其中計算天線適配矩陣的步驟是通過隨機(jī)生成Ni bsXNbs的天線適配矩陣來實(shí)現(xiàn)的，其中，N' BS為等效系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)端天線個數(shù)，Nbs為所述當(dāng)前發(fā)射機(jī)的天線個數(shù)。
5.如權(quán)利要求I所述的方法，其中計算當(dāng)前發(fā)射機(jī)的多小區(qū)預(yù)編碼矩陣的步驟包括 用當(dāng)前發(fā)射機(jī)到協(xié)作小區(qū)范圍內(nèi)的終端的下行信道矩陣與天線適配矩陣構(gòu)成線性方程來計算干擾等效矩陣； 基于所述干擾等效矩陣計算多小區(qū)預(yù)編碼矩陣。
6.如權(quán)利要求I所述的方法，其中計算當(dāng)前發(fā)射機(jī)的單小區(qū)多用戶預(yù)編碼矩陣的步驟包括 用當(dāng)前通信小區(qū)的下行信道矩陣、天線適配矩陣、多小區(qū)預(yù)編碼矩陣和解碼矩陣構(gòu)成多用戶多天線系統(tǒng)等效矩陣； 基于所述多用戶多天線系統(tǒng)等效矩陣，用多用戶預(yù)編碼和解碼算法計算線性預(yù)編碼和解碼矩陣。
7.如權(quán)利要求I所述的方法，其中計算當(dāng)前發(fā)射機(jī)的單小區(qū)多用戶預(yù)編碼矩陣的步驟包括 用當(dāng)前通信小區(qū)的下行信道矩陣、天線適配矩陣、多小區(qū)預(yù)編碼矩陣和解碼矩陣構(gòu)成多用戶多天線系統(tǒng)等效矩陣； 基于所述多用戶多天線系統(tǒng)等效矩陣和從終端接收的噪聲功率測量值，用多用戶預(yù)編碼和解碼算法計算線性預(yù)編碼和解碼矩陣。
8.一種發(fā)射機(jī)，包括 天線適配矩陣計算單元，利用所述發(fā)射機(jī)的小區(qū)范圍內(nèi)的終端的下行信道信息計算天線適配矩陣，該天線適配矩陣用于對當(dāng)前發(fā)射機(jī)進(jìn)行天線映射，使得能夠執(zhí)行干擾對齊算法; 多小區(qū)預(yù)編碼矩陣計算單元，基于所述發(fā)射機(jī)到協(xié)作小區(qū)范圍內(nèi)的終端的下行信道信息以及所述天線適配矩陣計算所述發(fā)射機(jī)的多小區(qū)預(yù)編碼矩陣，以及協(xié)作小區(qū)范圍內(nèi)的終端的多小區(qū)解碼矩陣； 單小區(qū)多用戶預(yù)編碼矩陣計算單元，基于所述發(fā)射機(jī)的小區(qū)范圍內(nèi)的終端的下行信道信息、所述發(fā)射機(jī)的天線適配矩陣和多小區(qū)預(yù)編碼矩陣，以及從協(xié)作通信的小區(qū)接收的所述發(fā)射機(jī)的小區(qū)范圍內(nèi)的終端的多小區(qū)解碼矩陣，來計算所述發(fā)射機(jī)的小區(qū)的單小區(qū)多用戶預(yù)編碼矩陣； 預(yù)編碼單元，用所述單小區(qū)多用戶預(yù)編碼矩陣和所述多小區(qū)預(yù)編碼矩陣對用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)編碼，并用所述天線適配矩陣進(jìn)行天線適配。
9.如權(quán)利要求8所述的發(fā)射機(jī)，其中，所述發(fā)射機(jī)向協(xié)作小區(qū)的發(fā)射機(jī)發(fā)送協(xié)作小區(qū)覆蓋范圍內(nèi)的終端的多小區(qū)解碼矩陣。
10.如權(quán)利要求8所述的發(fā)射機(jī)，其中天線適配矩陣計算單元對下行信道矩陣H進(jìn)行奇異值分解得到USVH，從矩陣V中選擇等效系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)端的天線數(shù)目的列來構(gòu)成天線適配矩陣，其中酉矩陣U的列向量構(gòu)成為左奇異向量，酉矩陣V的列向量構(gòu)成右奇異向量，對角陣S的對角線元素為奇異值，上標(biāo)“H”代表對矩陣作共軛轉(zhuǎn)置操作。
11.如權(quán)利要求8所述的發(fā)射機(jī)，其中天線適配矩陣計算單元隨機(jī)生成N'BSXNBS的天線適配矩陣，其中，N' BS為等效系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)端天線個數(shù)，Nbs為所述發(fā)射機(jī)的天線個數(shù)。
12.如權(quán)利要求8所述的發(fā)射機(jī)，其中多小區(qū)預(yù)編碼矩陣計算單元用所述發(fā)射機(jī)到協(xié)作小區(qū)范圍內(nèi)的終端的下行信道矩陣與天線適配矩陣構(gòu)成線性方程來計算干擾等效矩陣，并基于所述干擾等效矩陣計算多小區(qū)預(yù)編碼矩陣。
13.如權(quán)利要求8所述的發(fā)射機(jī)，其中單小區(qū)多用戶預(yù)編碼矩陣計算單元用當(dāng)前通信小區(qū)的下行信道矩陣、天線適配矩陣、多小區(qū)預(yù)編碼矩陣和解碼矩陣構(gòu)成多用戶多天線系統(tǒng)等效矩陣，并基于所述多用戶多天線系統(tǒng)等效矩陣，用多用戶預(yù)編碼和解碼算法計算線性預(yù)編碼和解碼矩陣。
14.如權(quán)利要求8所述的發(fā)射機(jī)，其中單小區(qū)多用戶預(yù)編碼矩陣計算單元用當(dāng)前通信小區(qū)的下行信道矩陣、天線適配矩陣、多小區(qū)預(yù)編碼矩陣和解碼矩陣構(gòu)成多用戶多天線系統(tǒng)等效矩陣，并基于所述多用戶多天線系統(tǒng)等效矩陣和從終端接收的噪聲功率測量值，用多用戶預(yù)編碼和解碼算法計算線性預(yù)編碼和解碼矩陣。
15.一種基于干擾對齊的預(yù)解碼方法，包括 移動終端接收來自服務(wù)小區(qū)的發(fā)射機(jī)的多小區(qū)解碼矩陣； 用所述多小區(qū)解碼矩陣對下行用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼； 依據(jù)來自發(fā)射機(jī)的下行信號和所得到的多小區(qū)解碼矩陣估計單小區(qū)多用戶等效信道，并且依據(jù)所得到的單小區(qū)多用戶等效信道計算單小區(qū)多用戶解碼矩陣； 用計算得到的單小區(qū)多用戶解碼矩陣對下行數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測。
16.一種移動終端，包括 多小區(qū)解碼單元，接收來自服務(wù)小區(qū)的發(fā)射機(jī)的多小區(qū)解碼矩陣，用所述多小區(qū)解碼矩陣對下行用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼；信道估 計單元，依據(jù)來自發(fā)射機(jī)的下行信號和所得到的多小區(qū)解碼矩陣估計單小區(qū)多用戶等效信道，并且依據(jù)所得到的單小區(qū)多用戶等效信道計算單小區(qū)多用戶解碼矩陣； 多用戶解碼單元，用計算得到的單小區(qū)多用戶解碼矩陣對下行數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測。
全文摘要
公開了一種基于干擾對齊的預(yù)編碼、預(yù)解碼方法及發(fā)射機(jī)和移動終端。該方法包括步驟利用下行信道信息計算天線適配矩陣，該天線適配矩陣用于對當(dāng)前發(fā)射機(jī)進(jìn)行天線映射，使得能夠執(zhí)行干擾對齊算法；基于下行信道信息以及天線適配矩陣計算多小區(qū)預(yù)編碼矩陣；進(jìn)而計算單小區(qū)多用戶預(yù)編碼矩陣；用所述單小區(qū)多用戶預(yù)編碼矩陣和所述多小區(qū)預(yù)編碼矩陣對用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)編碼，并用所述天線適配矩陣進(jìn)行天線適配。利用上述方案，可將一個不可直接應(yīng)用干擾對齊的系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成一個可以直接應(yīng)用干擾對齊的系統(tǒng)。另外，將小區(qū)間干擾抑制和小區(qū)內(nèi)干擾管理分割成兩個獨(dú)立的過程，每個過程中可采用不同的線性預(yù)編碼、解碼方法。
文檔編號H04L1/00GK102983935SQ20111026341
公開日2013年3月20日 申請日期2011年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月7日
發(fā)明者那崇寧, 侯曉林, 原田篤 申請人:株式會社Ntt都科摩