異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中基于調(diào)度和干擾對齊的下行干擾消除方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中基于調(diào)度和干擾對齊的下行干擾消除方法，主要解決異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的下行干擾問題。其實現(xiàn)步驟是：（1）用戶測量各基站到自身的信道狀態(tài)信息，并反饋給各基站；（2）各基站根據(jù)信道狀態(tài)信息，進行下行傳輸鏈路調(diào)度；（3）宏基站構(gòu)建被調(diào)度基站的發(fā)送波束成形矩陣，并通過回程鏈路發(fā)送給各基站；（4）被調(diào)度的基站使用構(gòu)建的發(fā)送波束成形矩陣給用戶發(fā)送數(shù)據(jù)；（5）用戶設(shè)計接收波束成形矩陣，消除干擾并接收數(shù)據(jù)。本發(fā)明根據(jù)干擾對齊可行性條件調(diào)度可達到最大下行吞吐量的鏈路進行傳輸，并利用干擾對齊解決了被調(diào)度鏈路間的相互干擾，提升了網(wǎng)絡(luò)吞吐量，可用于異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信。
【專利說明】異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中基于調(diào)度和干擾對齊的下行干擾消除方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無線通信領(lǐng)域，涉及異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中基于調(diào)度和干擾對齊的下行干擾消除方法，可用于異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的干擾管理。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著無線用戶對移動業(yè)務(wù)需求的快速增加，無線通信網(wǎng)絡(luò)需要為用戶提供無處不在的高速數(shù)據(jù)接入服務(wù)。通過在宏蜂窩小區(qū)中的熱點地區(qū)及覆蓋盲點地區(qū)布設(shè)smallcell，例如microcell, picocell, femtocell,可以有效的提高頻譜資源的利用效率,從而增加無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)的容量。在這種異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，微蜂窩與宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)復(fù)用相同的頻譜資源，這使得異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的干擾問題非常嚴(yán)重。
[0003]在異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中同時存在兩種干擾:層間干擾和層內(nèi)干擾。層間干擾指的是異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中不同層次的小區(qū)間的干擾，例如宏蜂窩跟Picocell間的相互干擾；層內(nèi)干擾指的是異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中處于相同層次的小區(qū)間的干擾，例如不同Picocell之間的干擾?，F(xiàn)有的干擾管理的方法主要是通過資源劃分的方法來實現(xiàn)。這種方法通過將頻譜資源從時間域或頻率域上進行正交劃分，然后給相互干擾的小區(qū)分配正交的資源，從而達到干擾避免的目的。但這種方法大大降低了頻譜的利用效率。
[0004]最近提出的干擾對齊的方法可以通過將多個干擾信號對齊到一個子空間上使得其他子空間可以進行無干擾的傳輸，從而解決干擾問題。對于具有K條通信鏈路的MIMO干擾信道，干擾對齊技術(shù)通過設(shè)計發(fā)送端的發(fā)送波束成形矩陣，使得在每個接收端處來自K-1個干擾鏈路的信號對齊到同一信號空間中，然后每個接收端通過迫零接收得到自己需要的信號。但是對于干擾對齊，如果發(fā)送端和接收端的天線數(shù)目給定，則同時傳輸?shù)淖畲箧溌窋?shù)目也就確定了。換言之，可同時傳輸?shù)逆溌窋?shù)目受到發(fā)送端和接收端天線數(shù)目的限制。在異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，通常會布設(shè)較多的smallcell，而基站和用戶終端裝備的天線數(shù)目較少，因此，如果所有的基站同時傳輸會導(dǎo)致干擾對齊不可行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對上述已有技術(shù)的不足，提出一種異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中基于調(diào)度和干擾對齊的下行干擾消除方法，以在異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中根據(jù)干擾對齊的可行性條件對傳輸鏈路進行調(diào)度，并利用干擾對齊解決被調(diào)度鏈路間的干擾問題。
[0006]實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案，包括如下步驟:
[0007](I)用戶測量各基站到自身的信道狀態(tài)信息CSI，并反饋給各基站；
[0008](2)每個基站根據(jù)獲得的信道狀態(tài)信息CSI，進行下行傳輸鏈路調(diào)度:
[0009]2a)根據(jù)信道狀態(tài)信息CSI，第i個基站尋找與自己之間平均路徑增益最大的前S
個用戶，記作A?.其中?=0，1，...，Ι，S=Hiax {N，L}，N為系統(tǒng)的配置參數(shù)， X為網(wǎng)
絡(luò)中總用戶數(shù)， Nk為用戶設(shè)備的天線數(shù)，NT為基站的天線數(shù)，d為每個基站傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流的數(shù)目，O表示宏基站，I為小區(qū)內(nèi)smallcell基站的數(shù)目；
[0010]2b)第j個smallcell基站通過回程鏈路將第j個smallcell基站的前S個用戶
人發(fā)送給宏基站，j=l, 2，…，I ;
[0011]2c)宏基站接收到第j個基站的前S個用戶后，要求每個smallcell基站將其自身到用戶U1-1f的下行信道狀態(tài)信息CSI發(fā)送給宏基站，j=i，...，〗，表示K50,κ；\..\ 的并集；
[0012]2d)宏基站從I個smallcell基站中選出L-1個smallcell基站，組成一個smallcell基站組合P=Od1, b2,...,V1),其中bx e {I, 2，…，1},且對于任意給定的I關(guān)1' ，Wb1 ^ br，br e {I, 2，...，1}，1=1，2，...，L-1，1' =1，2，...，L-1 ；
[0013]記所有可能的smallcell基站組合為W=Ip1, P2,…，PA}，其中J = C廣，Cf-1為從I
個smallcell基站中選出L-1個smallcell基站的組合數(shù)；
[0014]2e)從步驟2d)中得到的W中選擇一種smallcell基站的組合:
[0015]P=Od1, b2,…，V1) e W，其中 Id1G {1，2，…，1}，1=1，2，…，L-1 ;
[0016]2f)根據(jù)步驟2e)中選擇的smallcell基站組合p,計算與smallcell基站組合p相對應(yīng)的用戶向量集合Qp:
[0017]2Π)從第m個基站的前S個用戶中選擇N個平均路徑增益最大的用戶，記作.m e {OUp}；
[0018]2f2)對于每個基站me {OUp},從其對應(yīng)的N個平均路徑增益最大的用戶K:中任選一個用戶，形成一個用戶向量I =其中bfO,且對于任意給定
的yfy'，有\(zhòng)#, \.是第by個基站服務(wù)的用戶，《是第by,個基站服務(wù)的用戶，y=0, I,..., L-1, y' =0, I,…，L-1 ;與smallcell基站組合p對應(yīng)的所有可能的用戶向量的集合即為Qp;
[0019]2g)判斷步驟2f )中得到的用戶向量集合Qp是否為空集，如果是，則令N=N+1，并返回步驟2f);否則，進入步驟2h)；
[0020]2h)對步驟2e)中選擇的smallcell基站的組合P和步驟2f)中獲得的每一個用戶向量qp e Qp，構(gòu)建干擾對齊，并計算獲得的吞吐量；
[0021]2i)判斷是否已經(jīng)取遍步驟2d)中所有smallcell基站組合情況W中的所有元素，如果是，則進入步驟2 j);否則，返回步驟2e)；
[0022]2j)選擇吞吐量最大的smallcell基站組合，以及此smallcell基站組合所對應(yīng)的用戶向量，并將此smallcell基站組合和用戶向量分別記作P" =(b/，b2"，…，")
和=(?,?",?，…，wt)，其中 be" e {1,2,..., I},e=l,2, -,L-1 η 是第 bz"個基站服
務(wù)的用戶，bz" e {OUp" },bQ" =0, z=0, 1，…，L-1 ;
[0023](3)宏基站構(gòu)建自己及smallcell基站組合p"中smallcell基站的發(fā)送波束成形矩陣以達到干擾對齊，將計算得到的發(fā)送波束成形矩陣通過回程鏈路發(fā)送給各smallcell基站，并告知每個smallcell基站其所應(yīng)提供服務(wù)的用戶；
[0024](4)宏基站與smallcell基站組合P"中的smallcell基站使用步驟(3)中得到的發(fā)送波束成形矩陣給各自服務(wù)的用戶發(fā)送數(shù)據(jù)；
[0025](5)用戶向量qp"中的用戶，根據(jù)步驟(4)中宏基站與smallcell基站組合p"中smallcell基站發(fā)送的信號，設(shè)計接收波束成形矩陣，以消除干擾并接收數(shù)據(jù)。
[0026]本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
[0027]1.本發(fā)明根據(jù)干擾對齊的可行性條件對異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的下行傳輸鏈路進行調(diào)度，并利用干擾對齊消除了被調(diào)度鏈路間的干擾。
[0028]2.本發(fā)明通過調(diào)度具有最大下行吞吐量的鏈路進行傳輸，提升了網(wǎng)絡(luò)整體的吞吐量。
[0029]3.本發(fā)明通過調(diào)度宏基站與部分smallcell基站一起傳輸，同時消除了異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的跨層干擾和同層干擾。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1是本發(fā)明的實現(xiàn)總流程圖；
[0031]圖2是本發(fā)明中進行干擾對齊的子流程圖；
[0032]圖3是本發(fā)明中 構(gòu)建基站發(fā)送波束成形矩陣的子流程圖。
【具體實施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0034]參照圖1，本發(fā)明的具體實施步驟如下:
[0035]步驟1:網(wǎng)絡(luò)中的所有用戶測量每個基站到自己的下行信道狀態(tài)信息CSI，并反饋
給各基站。
[0036]所述信道狀態(tài)信息CSI，包括路徑增益gix和信道矩陣，其中i=0，1，…
,1,0表示宏基站，I為小區(qū)內(nèi)smallcell基站的數(shù)目，x=l, 2，…，X，X為網(wǎng)絡(luò)中總的用戶數(shù)，Ne為用戶的接收天線數(shù)，Nt為基站的發(fā)送天線數(shù)；
[0037]步驟2:每個基站根據(jù)獲得的信道狀態(tài)信息CSI，進行下行傳輸鏈路調(diào)度。
[0038]2a)根據(jù)信道狀態(tài)信息CSI，第i個基站尋找與自己之間平均路徑增益最大的
前S個用戶，記竹A 其中i=0，l，...，I，S=Hiax{N，L}，N為系統(tǒng)的配置參數(shù)，I大于N大于X，
Z = ^:^ -1，Nr為用戶設(shè)備的天線數(shù)，Nt為基站的天線數(shù)，d為每個基站傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流
a
的數(shù)目，O表不宏基站，I為小區(qū)內(nèi)smallcell基站的數(shù)目；
[0039]2b)第j個smallcell基站通過回程鏈路將第j個smallcell基站的前S個用戶K發(fā)送給宏基站，j=l, 2,…，I ;
[0040]2c)宏基站接收到第j個基站的前S個用戶^后，要求每個smallcell基站將其自身到用戶UttlIf的下行信道狀態(tài)信息CSI發(fā)送給宏基站，j=l，2，...，〗，表示KK. K的并集；
[0041]zaj太基站從I個smallcell基站中選出L-1個smallcell基站，組成一個 smallcell基站組合pKt^，b2,…，D，其中h1 G {1，2，…，1}，且對于任意給定的1^1', 有、古 br，br G {1，2，...，1}，1=1，2，...，L-l，I' =1，2，...，L-1 ；
[0042]2e)步驟2d)中所有可能的smallcell基站組合為W= {p。p2，…，pA},其中 A =(’卜，(,為從I個smallcell基站中選出L-1個smallcell基站的組合數(shù)；
[0043]2f)從步驟2e)中得到的W中選擇一種smallcell基站的組合：
[0044]p=(b”b2，…，D GW，其中 hG {1，2，…，I}，1=1，2，...，L_1 ;
[0045]2g)根據(jù)步驟2f)中選擇的smallcell基站組合p,計算與smallcell基站組合p 相對應(yīng)的用戶向量集合Qp ：
[0046]2gl)從第m個基站的前S個用戶k中選擇N個平均路徑增益最大的用戶，記作 C, me {0 U p}；
[0047]2g2)對于每個基站me {0 U p}，從其對應(yīng)的N個平均路徑增益最大的用戶
中任選一個用戶，形成一個用戶向量=(wv氣，其中bfO，且對于任意給定
的，有"o *%’ \是第by個基站服務(wù)的用戶，是第by,個基站服務(wù)的用戶， y=0, 1，...，L-1, y1 =0, 1，…，L-1 ;與smallcell基站組合p對應(yīng)的所有可能的用戶向量的 集合即為Qp;
[0048]2h)判斷步驟2g)中得到的用戶向量集合％是否為空集，如果是，則令N=N+1，并 返回步驟2g);否則，進入步驟2i)；
[0049]2i)對步驟2f)中選擇的smallcell基站的組合p和步驟2e)中獲得的每一個用 戶向量qp G Qp，進行干擾對齊，并計算獲得的吞吐量：
[0050]參照圖2，本步驟的實現(xiàn)步驟如下：
[0051]2il)宏基站及smallcell基站組合p中的smallcell基站生成隨機發(fā)送波束成形 矩陣V V?滿足條件'V(=L，<是'的共軛轉(zhuǎn)置，bye {0 U p}，y=0，l，…，L_l，Id 為dXd的單位矩陣；
[0052]2i2)令W=V%，其中，' 是基站by的發(fā)送波束成形矩陣，by G {0 U p}， y=o, 1，…，L-l ；
[0053]2i3)根據(jù)步驟2i2)中的發(fā)送波束成形矩陣 ' 汁算干擾協(xié)方差矩陣：
[0054]
【權(quán)利要求】
1.一種異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中基于調(diào)度和干擾對齊的下行干擾消除方法，包括以下步驟: (1)用戶測量各基站到自身的信道狀態(tài)信息CSI，并反饋給各基站； (2)每個基站根據(jù)獲得的信道狀態(tài)信息CSI，進行下行傳輸鏈路調(diào)度: .2a)根據(jù)信道狀態(tài)信息CSI，第i個基站尋找與自己之間平均路徑增益最大的前S個用戶，記作[其中
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中基于調(diào)度和干擾對齊的下行干擾消除方法，其中所述步驟2h)中的構(gòu)建干擾對齊，按如下步驟進行: 2hl)宏基站及smallcell基站組合p中的smallcell基站生成隨機發(fā)送波束成形矩陣％?，V,、滿足條件 V6iVf =Id，V(是 Vfli 的共軛轉(zhuǎn)置，
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中基于調(diào)度和干擾對齊的下行干擾消除方法，其中所述步驟2h)中的計算吞吐量，按如下公式進行: i? = |log2 det 卜(?-? (<)" U:；r]， 其中，巧即為所求的吞吐量，IdSdXd的單位矩陣，是基站\到用戶'的平均路徑增益，&是基站by的發(fā)送功率，。2為噪聲功率，和V分別為權(quán)利要求2中得到的接收波束成形矩陣和發(fā)送波束成形矩陣，是基站by到用戶的信道矩陣，by e {O U p}, wft, &clp，y=0, I,...，L-1, det 表示矩陣的行列式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中基于調(diào)度和干擾對齊的下行干擾消除方法，其中所述步驟(3)中的宏基站構(gòu)建自己及smallcell基站組合p"中smallcell基站的發(fā)送波束成形矩陣，按如下步驟進行: 3a)宏基站及smallcell基站組合P"中的smallcell基站生成隨機發(fā)送波束成形矩陣V,;，Vfe;滿足條件為:V6;V6f =Id，Vf 是 \ 的共軛轉(zhuǎn)置，bz" e {OUp" }，ζ=0，1，...Λ-1，Id為dXd的單位矩陣； 3b)令Vf=V^，其中，Vg是基站bz"的發(fā)送波束成形矩陣，bz" e {OUp" }，z=0, I,…，L-1 ； 3c)根據(jù)步驟3b)中的發(fā)送波束成形矩陣計算干擾協(xié)方差矩陣:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中基于調(diào)度和干擾對齊的下行干擾消除方法，其中步驟(5)所述的設(shè)計接收波束成形矩陣，其公式如下: 其中，即為用戶乂的接收波束成形矩陣，是基站服務(wù)的用戶，&是基站bz,"的發(fā)送功率，6?;是基站bz,"到用戶~的平均路徑增益，是基站bz,"到用戶的信道矩陣，Vfw為權(quán)利要求4中得到的發(fā)送波束成形矩陣，bz" e {OUp" }，
【文檔編號】H04W72/12GK103491642SQ201310435917
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月23日
【發(fā)明者】盛敏, 劉國慶, 王璽鈞, 張琰, 史琰, 焦萬果, 徐超, 王亮 申請人:西安電子科技大學(xué)