本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種自適應(yīng)干擾管理方法，尤其涉及一種基于多維資源的聯(lián)合自適應(yīng)干擾管理方法(jointadaptiveinterferencemanagement，jaim)，可用于宏蜂窩與微微蜂窩共存的混合蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的下行通信中。

背景技術(shù)：

隨著無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的蜂窩結(jié)構(gòu)越來(lái)越難滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求。在宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)中部署低功率節(jié)點(diǎn)，能夠縮短用戶與接入點(diǎn)之間的距離，提升系統(tǒng)吞吐量，但同時(shí)也導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部干擾的惡化，成為制約網(wǎng)絡(luò)性能的重要因素。因此，干擾管理技術(shù)的重要性日益凸顯。

現(xiàn)有的干擾管理方式有迫零接收zf、干擾對(duì)齊ia和干擾中和in等，它們可使干擾信號(hào)在接收端得到抑制或消除。但是迫零zf接收會(huì)導(dǎo)致期望信號(hào)功率的損失，并且在使用該方法時(shí)，干擾需要占用接收端的自由度。干擾對(duì)齊ia雖然可以降低干擾的維度，但仍需要消耗接收端的自由度。干擾中和in通過(guò)發(fā)送干擾中和信號(hào)消除干擾時(shí)，會(huì)消耗發(fā)射功率，且在關(guān)于干擾中和in的研究中，僅簡(jiǎn)單地對(duì)干擾進(jìn)行完全中和，未考慮其功率開(kāi)銷。

gout,jafarsa,andwangc,etal.alignedinterferenceneutralizationandthedegreesoffreedomofthe2×2×2interferencechannel[j].ieeetransactionsoninformationtheory,2012,58(7):4381-4395(2×2×2干擾信道中的對(duì)齊干擾中和與自由度研究)，通過(guò)將ia與in相結(jié)合，在由兩級(jí)兩用戶干擾信道串聯(lián)形成的多跳干擾網(wǎng)絡(luò)中設(shè)計(jì)干擾對(duì)齊中和方案，實(shí)現(xiàn)多路數(shù)據(jù)的并發(fā)傳輸。

wud,yangc,andliut,etal.feasibilityconditionsforinterferenceneutralizationinrelay-aidedinterferencechannel[j].ieeetransactionsonsignalprocessing,2014,62(6):1408-1423(中繼輔助信道中采用干擾中和的可行性條件)，用戶接收到來(lái)自基站直接發(fā)送的信號(hào)和中繼轉(zhuǎn)發(fā)的信號(hào)，通過(guò)使用in，干擾能夠被完全消除。

wangq,dongy,andzhaoj,etal.instantaneousrelaying:feasibilityconditionsforinterferenceneutralization[j].ieeecommunicationsletters,2015,19(8):1370-1373(瞬時(shí)中繼：干擾中和的可行性條件)，對(duì)采用瞬時(shí)中繼(無(wú)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延)的通信系統(tǒng)中in的可行性進(jìn)行研究，給出采用in可解碼的期望信號(hào)數(shù)與中繼和收發(fā)端天線數(shù)的關(guān)系。

根據(jù)以上敘述，雖然目前已有許多干擾管理方法，但是尚缺少足夠的關(guān)于干擾管理開(kāi)銷的關(guān)注。另一方面，干擾管理的開(kāi)銷本質(zhì)上是某一維度的資源，該資源既可用于數(shù)據(jù)傳輸，也可以用于干擾管理。因此，不同的方法管理干擾的能力不僅由其設(shè)計(jì)決定，也受限于其可用的資源。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供了一種基于多維資源的聯(lián)合自適應(yīng)干擾管理方法，旨在避免現(xiàn)有單一干擾管理方法對(duì)特定資源的依賴，有效提升微微蜂窩用戶的頻譜效率。

本發(fā)明的技術(shù)思路是：針對(duì)宏蜂窩與微微蜂窩共存的混合蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的下行通信，定義干擾管理效率，在此基礎(chǔ)上給出以管理效率最大化為目標(biāo)的自適應(yīng)干擾管理準(zhǔn)則，利用zf和in兩種干擾管理方法，設(shè)計(jì)具體的聯(lián)合自適應(yīng)干擾管理(jaim)方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)微微蜂窩用戶受到的來(lái)自宏蜂窩通信的干擾的有效管理，從而提高了微微蜂窩用戶的頻譜效率。

根據(jù)上述技術(shù)思路，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的采取的技術(shù)方案包括如下步驟：

(1)微微基站pbs獲取宏基站mbs的預(yù)編碼矩陣pm，實(shí)現(xiàn)步驟為：

(1a)宏基站mbs廣播導(dǎo)頻信號(hào)到宏蜂窩用戶mue和微微蜂窩用戶pue，同時(shí)微微基站pbs廣播導(dǎo)頻信號(hào)到微微蜂窩用戶pue，宏蜂窩用戶mue根據(jù)導(dǎo)頻信號(hào)估計(jì)宏基站mbs到宏蜂窩用戶mue的信道信息hm，微微蜂窩用戶pue根據(jù)宏基站mbs和微微基站pbs廣播的導(dǎo)頻信號(hào)估計(jì)宏基站mbs到微微用戶pue干擾信道信息hmp和微微基站pbs到微微蜂窩用戶pue期望信道信息hp；

(1b)宏蜂窩用戶mue選擇一個(gè)低速無(wú)差錯(cuò)鏈路，將宏基站mbs到宏蜂窩用戶mue的信道信息hm反饋給宏基站mbs，微微蜂窩用戶pue選擇專用控制信道，將干擾信道信息hmp反饋給宏基站mbs，同時(shí)將期望信道信息hp反饋給微微基站pbs，宏基站mbs和微微基站pbs通過(guò)基站間協(xié)作，共享信道信息hm、信道信息hmp、宏基站mbs的數(shù)據(jù)和微微基站pbs的數(shù)據(jù)；

(1c)微微基站pbs對(duì)信道信息hp和共享信道信息hm及信道信息hmp進(jìn)行奇異值分解，得到宏基站mbs的預(yù)編碼矩陣pm；

(2)微微基站pbs根據(jù)宏基站mbs的預(yù)編碼矩陣、各信道信息和共享的宏基站mbs的數(shù)據(jù)，計(jì)算所有期望信號(hào)與來(lái)自宏基站mbs的第k路干擾信號(hào)之間的空間相關(guān)度ck，并對(duì)ck進(jìn)行降序排序，其中k∈{1,2,…,km}，km為來(lái)自宏基站mbs的干擾信號(hào)數(shù)；

(3)微微基站pbs根據(jù)ck的排序結(jié)果，計(jì)算中和第k路干擾信號(hào)需要的功率采用干擾中和in管理第k路干擾信號(hào)導(dǎo)致期望信號(hào)的功率損失和采用迫零zf接收管理第k路干擾導(dǎo)致期望信號(hào)的功率損失

(4)微微基站pbs為每一路干擾信號(hào)選擇干擾管理方式，實(shí)現(xiàn)步驟為：

(4a)微微基站pbs定義干擾管理效率其中，pi表示未進(jìn)行干擾管理時(shí)受干擾接收機(jī)觀測(cè)到的干擾信號(hào)的功率，pi′表示經(jīng)過(guò)干擾管理后受干擾接收機(jī)觀測(cè)到的干擾信號(hào)的功率，表示干擾管理造成的期望信號(hào)的功率損失，im表示采取的干擾管理方式；

(4b)微微基站pbs根據(jù)η、和定義自適應(yīng)干擾管理準(zhǔn)則：其中，k∈{1,2,…,km}，pp表示微微基站pbs的發(fā)射功率，當(dāng)km＝1，pr＝pp，當(dāng)km＞1，更新pr為

(4c)微微基站pbs根據(jù)自適應(yīng)干擾管理準(zhǔn)則，確定第k路干擾信號(hào)的干擾管理方式，得到所有路干擾信號(hào)的干擾管理方式；

(5)接收機(jī)根據(jù)微微基站pbs為每一路干擾信號(hào)選擇的干擾管理方式，設(shè)計(jì)期望信號(hào)的接收濾波向量。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比，具有以下特點(diǎn)：

1、本發(fā)明在微微基站pbs為每路干擾信號(hào)選擇干擾管理方式時(shí)，定義了干擾管理效率，根據(jù)干擾管理效率獲得自適應(yīng)選擇干擾管理方式的準(zhǔn)則，減少了干擾管理對(duì)資源的消耗，有效地提高了微微蜂窩用戶的頻譜效率。

2、本發(fā)明在使用干擾中和管理干擾時(shí)，根據(jù)干擾中和開(kāi)銷判斷是否采用干擾中和，考慮到了干擾管理對(duì)資源的消耗，與現(xiàn)有技術(shù)相比，進(jìn)一步提高了微微蜂窩用戶的頻譜效率。

3、本發(fā)明將消耗不同維度資源的干擾管理方式相結(jié)合，避免了單一的干擾管理方式對(duì)特定資源的依賴。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明使用的混合蜂窩通信系統(tǒng)模型圖；

圖2是本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)流程圖；

圖3是本發(fā)明在kp＝3，km＝3配置下pue的頻譜效率圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

參照?qǐng)D1，本發(fā)明使用的系統(tǒng)模型是單個(gè)宏蜂窩與多個(gè)微微蜂窩構(gòu)成的混合蜂窩下行通信系統(tǒng)，系統(tǒng)中包括1個(gè)宏基站mbs，多個(gè)微微基站pbs，多個(gè)宏蜂窩用戶mue和多個(gè)微微蜂窩用戶pue。由于微微蜂窩間的干擾可以通過(guò)運(yùn)營(yíng)商合理的部署或正交資源分配進(jìn)行規(guī)避，并且在一個(gè)宏/微微蜂窩內(nèi)，一個(gè)資源塊僅分配給一個(gè)用戶，基于此我們將系統(tǒng)模型簡(jiǎn)化為僅包含1個(gè)mue和1個(gè)pue的情況。宏基站、宏蜂窩用戶、微微基站和微微蜂窩用戶的天線數(shù)分別為和考慮到移動(dòng)臺(tái)相比于基站受到更嚴(yán)格的硬件、成本等方面的限制，假設(shè)和宏基站發(fā)送到宏用戶的期望信號(hào)會(huì)對(duì)微微基站與微微用戶之間的通信產(chǎn)生干擾，微微蜂窩工作在開(kāi)放接入模式，mue位于pbs覆蓋范圍之外，pbs對(duì)其干擾較小，可以忽略，故在本實(shí)施例中不予討論。

參照?qǐng)D2，一種基于多維資源的聯(lián)合自適應(yīng)干擾管理方法，實(shí)現(xiàn)步驟如下：

步驟1，微微基站pbs獲取宏基站mbs的預(yù)編碼矩陣pm，實(shí)現(xiàn)步驟為：

步驟1a，宏基站mbs廣播導(dǎo)頻信號(hào)到宏蜂窩用戶mue和微微蜂窩用戶pue，同時(shí)微微基站pbs廣播導(dǎo)頻信號(hào)到微微蜂窩用戶pue，宏蜂窩用戶mue根據(jù)導(dǎo)頻信號(hào)估計(jì)宏基站mbs到宏蜂窩用戶mue的信道信息hm，微微蜂窩用戶pue根據(jù)宏基站mbs和微微基站pbs廣播的導(dǎo)頻信號(hào)估計(jì)宏基站mbs到微微用戶pue干擾信道信息hmp和微微基站pbs到微微蜂窩用戶pue期望信道信息hp；

步驟1b，宏蜂窩用戶mue選擇一個(gè)低速無(wú)差錯(cuò)鏈路，將宏基站mbs到宏蜂窩用戶mue的信道信息hm反饋給宏基站mbs，微微蜂窩用戶pue選擇專用控制信道，將干擾信道信息hmp反饋給宏基站mbs，同時(shí)將期望信道信息hp反饋給微微基站pbs，宏基站mbs和微微基站pbs通過(guò)基站間協(xié)作，共享信道信息hm、信道信息hmp、宏基站mbs的數(shù)據(jù)和微微基站pbs的數(shù)據(jù)；

步驟1c，微微基站pbs對(duì)信道信息hp和共享信道信息hm及信道信息hmp進(jìn)行奇異值分解，得到宏基站mbs的預(yù)編碼矩陣pm。

步驟2，微微基站pbs根據(jù)宏基站mbs的預(yù)編碼矩陣、各信道信息和共享的宏基站mbs的數(shù)據(jù)，計(jì)算所有期望信號(hào)與來(lái)自宏基站mbs的第k路干擾信號(hào)之間的空間相關(guān)度之和ck，并對(duì)ck進(jìn)行降序排序，其中k∈{1,2,…,km}，km為來(lái)自宏基站mbs的干擾信號(hào)數(shù)，實(shí)現(xiàn)步驟如下：

步驟2a，計(jì)算干擾信號(hào)的方向向量令微微蜂窩用戶pue的干擾信號(hào)為則微微蜂窩用戶pue受到的第k路干擾信號(hào)的幅度為方向?yàn)?imgfile="bda0001266616840000054.gif"wi="413"he="70"img-content="drawing"img-format="gif"orientation="portrait"inline="no"/>其中pm為宏基站mbs的發(fā)射功率，為宏基站mbs預(yù)編碼矩陣pm的第k列列向量，lmp是宏基站mbs到微微蜂窩用戶pue的路徑損耗；

步驟2b，計(jì)算期望信號(hào)的方向向量令微微蜂窩用戶pue的期望信號(hào)則pue的第i路期望信號(hào)的幅度為方向?yàn)?imgfile="bda0001266616840000064.gif"wi="395"he="78"img-content="drawing"img-format="gif"orientation="portrait"inline="no"/>其中pp為微微基站pbs的發(fā)射功率，為微微基站pbs預(yù)編碼矩陣pp的第i列列向量，lp是微微基站pbs到微微蜂窩用戶pue的路徑損耗；

步驟2c，計(jì)算ck并進(jìn)行降序排序，其計(jì)算公式為：其中

步驟3，微微基站pbs根據(jù)ck的排序結(jié)果，計(jì)算中和第k路干擾信號(hào)需要的功率采用干擾中和in管理第k路干擾信號(hào)導(dǎo)致期望信號(hào)的功率損失和采用迫零zf接收管理第k路干擾導(dǎo)致期望信號(hào)的功率損失

步驟3a，計(jì)算中和第k路干擾信號(hào)需要的功率其計(jì)算公式為：

其中pm為宏基站mbs的發(fā)射功率，lmp是宏基站mbs到微微蜂窩用戶pue的路徑損耗，lp是微微基站pbs到微微蜂窩用戶pue的路徑損耗，hp是微微基站pbs到微微蜂窩用戶pue期望信道信息，hmp是宏基站mbs到微微用戶pue干擾信道信息，是宏基站mbs的預(yù)編碼矩陣pm的第k列列向量，km為來(lái)自宏基站mbs的干擾信號(hào)數(shù)；

步驟3b，計(jì)算采用干擾中和in管理第k路干擾信號(hào)導(dǎo)致期望信號(hào)的功率損失其計(jì)算公式為：

其中，是中和第k路干擾信號(hào)需要的功率，為對(duì)微微基站pbs到微微蜂窩用戶pue期望信道信息hp進(jìn)行奇異值分解后對(duì)角矩陣主對(duì)角線上的第k個(gè)元素；

步驟3c，計(jì)算采用迫零zf接收管理第k路干擾導(dǎo)致期望信號(hào)的功率損失其計(jì)算公式為：

計(jì)算時(shí)只考慮ck降序排序中在第k路干擾信號(hào)之前的干擾信號(hào)，其中，pr為微微基站pbs的剩余功率，kp為來(lái)自微微基站pbs的期望信號(hào)數(shù)，表示求解微微蜂窩用戶pue的第i路期望信號(hào)時(shí)，第k個(gè)進(jìn)行了施密特正交化的干擾信號(hào)的投影矩陣，為求解第i路期望信號(hào)時(shí)，采用施密特正交化后的第k路干擾的方向，是微微基站pbs的預(yù)編碼矩陣pp的第i列列向量。

步驟4，微微基站pbs為每一路干擾信號(hào)選擇干擾管理方式，實(shí)現(xiàn)步驟為：

步驟4a，微微基站pbs定義干擾管理效率其中，pi表示未進(jìn)行干擾管理時(shí)受干擾接收機(jī)觀測(cè)到的干擾信號(hào)的功率，pi′表示經(jīng)過(guò)干擾管理后受干擾接收機(jī)觀測(cè)到的干擾信號(hào)的功率，表示干擾管理造成的期望信號(hào)的功率損失，im表示采取的干擾管理方式；

步驟4b，微微基站pbs根據(jù)η、和定義自適應(yīng)干擾管理準(zhǔn)則：其中，k∈{1,2,…,km}，pp表示微微基站pbs的功率，當(dāng)km＝1，pr＝pp，當(dāng)km＞1，更新pr為

步驟4c，微微基站pbs根據(jù)自適應(yīng)干擾管理準(zhǔn)則，確定第k路干擾信號(hào)的干擾管理方式，得到所有路干擾信號(hào)的干擾管理方式。

步驟5，接收機(jī)根據(jù)微微基站pbs為每一路干擾信號(hào)選擇的干擾管理方式，設(shè)計(jì)期望信號(hào)的接收濾波向量。

以下結(jié)合仿真實(shí)驗(yàn)，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)效果作進(jìn)一步說(shuō)明。

一、仿真條件：

仿真對(duì)象：本文提出的聯(lián)合自適應(yīng)干擾管理算法，與zf、in、max[zf,in]和遍歷比較。其中迫零zf接收通過(guò)在微微蜂窩用戶pue設(shè)計(jì)濾波向量實(shí)現(xiàn)干擾抑制；干擾中和in使微微基站pbs產(chǎn)生與干擾等大反向的中和信號(hào)，從而在微微用戶pue處消除干擾；max[zf,in]在所有干擾使用相同管理方式的前提下，從in和zf中選取能夠獲得最大頻譜效率的方法；遍歷方法考察全部干擾的所有可能的干擾管理方式組合，從中選取最大的系統(tǒng)頻譜效率作為遍歷方法的頻譜效率。

仿真參數(shù)：表1中列出了混合蜂窩網(wǎng)絡(luò)下的仿真環(huán)境參數(shù)設(shè)置。基站采用等功率分配，即宏基站mbs將發(fā)射功率pm均分給km路數(shù)據(jù)，微微基站pbs的發(fā)射功率pp減去中和功率開(kāi)銷后，剩余的部分等分給微微蜂窩用戶pue的期望信號(hào)。lm、lmp和lp分別為宏基站mbs到宏蜂窩用戶mue和微微蜂窩用戶pue，以及微微基站pbs到微微蜂窩用戶pue的路徑損耗，根據(jù)宏蜂窩路損和微微蜂窩路損計(jì)算可得。根據(jù)選擇的宏蜂窩與微微蜂窩的覆蓋半徑，宏基站mbs與微微基站pbs之間的距離d取(0.5,3)km。主要采用干擾中和in與迫零zf接收管理干擾，為了保證干擾能夠被管理，設(shè)置即在干擾中和in不可用時(shí)，可使用迫零zf接收對(duì)全部干擾進(jìn)行抑制并辨析所有期望信號(hào)。

表1混合蜂窩網(wǎng)絡(luò)仿真環(huán)境參數(shù)設(shè)置

二、仿真內(nèi)容及分析：

對(duì)kp＝3，km＝3配置下微微蜂窩用戶pue可以獲得的頻譜效率進(jìn)行仿真，其結(jié)果如圖3所示，其中，分別是宏基站mbs的發(fā)射天線數(shù)、接收天線數(shù)，分別是微微基站pbs的發(fā)射天線數(shù)、接收天線數(shù)，縱軸表示微微蜂窩用戶pue的頻譜效率，橫軸代表宏基站mbs到微微基站pbs的距離，采用zf、in、max[zf,in]以及jaim所得的微微蜂窩用戶pue的頻譜效率與圖中對(duì)應(yīng)的頻譜效率的變化趨勢(shì)相同，jaim的頻譜效率稍劣于遍歷方法，這是由于在多干擾情況下jaim計(jì)算zf開(kāi)銷時(shí)進(jìn)行了簡(jiǎn)化，并且按照空間相關(guān)度選擇進(jìn)行中和的干擾，其功率開(kāi)銷不一定最小；而在多期望信號(hào)情況下，jaim使用功率開(kāi)銷之和作為頻譜效率的衡量，這些操作都存在不準(zhǔn)確性。