一種飛蜂窩網(wǎng)絡干擾對齊優(yōu)化方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線通信技術領域，特別涉及一種基于飛蜂窩下行鏈路發(fā)射功率分配 的部分反饋干擾對齊優(yōu)化方法。
【背景技術】
[0002] 近來研究表明，室內(nèi)場所用戶業(yè)務占據(jù)了移動業(yè)務70%的語音話務量和數(shù)據(jù)流 量，從目前的網(wǎng)絡運營經(jīng)驗來看移動用戶有60%的時間都在企業(yè)及家庭等室內(nèi)環(huán)境。在高 樓密集的現(xiàn)代社會，無線信號對建筑物、墻體、美觀裝飾品的穿透能力差，導致空間損耗和 傳輸損耗較大，宏基站對室內(nèi)覆蓋的效果不佳。而隨著云技術、大數(shù)據(jù)業(yè)務需求的爆發(fā)式增 加，室內(nèi)用戶迫切需要通信覆蓋環(huán)境得到改善，也對無線通信系統(tǒng)容量與數(shù)據(jù)傳輸速率提 出了更高的要求。
[0003] 飛蜂窩(Femtocell)體積小、成本低、方便實用，作為室內(nèi)覆蓋的一種新選擇，逐漸 受到許多業(yè)界人士的關注。飛蜂窩基于和宏蜂窩相同的無線通信標準，在簡單室內(nèi)環(huán)境下 能夠保障室內(nèi)覆蓋質(zhì)量和一定的傳輸速率。但隨著飛蜂窩網(wǎng)絡規(guī)模的擴大和用戶數(shù)量、業(yè) 務需求的日益增長，多用戶飛蜂窩基站的部署會引入嚴重的干擾，影響系統(tǒng)容量。干擾對齊 技術可以有效的消除系統(tǒng)中的干擾，但干擾對齊的實現(xiàn)需要收發(fā)端掌握全部的信道信息， Razavi S M與Ratnarajah T 2013年發(fā)表在IET Communications的論文《Interference alignment in K-user multiple-input-multiple-output interference channels with partially coordinated receivers》表明當實際的信道信息不完整時（即部分反饋條件 下），干擾對齊依然可行。這一研究成果使得利用部分反饋干擾對齊技術解決飛蜂窩網(wǎng)絡中 的干擾問題具有重要意義。但上述研究沒有充分利用系統(tǒng)總功率，算法本身也有較高的復 雜度。中國專利文獻CN 104540209A公開了 一種多用戶系統(tǒng)干擾對齊算法的功率分配方法， 該方法通過發(fā)射端發(fā)送數(shù)據(jù)流數(shù)量動態(tài)分配功率實現(xiàn)干擾對齊優(yōu)化，該方法可以提升系統(tǒng) 傳輸速率但沒有綜合考慮信道因素和信號向量發(fā)射速率對功率分配的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術中存在的不足，本發(fā)明提供一種綜合考量信道因素 和信號向量發(fā)射速率，給出一種新的下行動態(tài)功率控制方法，實現(xiàn)了對飛蜂窩網(wǎng)絡干擾對 齊的有效優(yōu)化方法。
[0005] 技術方案:為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種飛蜂窩網(wǎng)絡干擾對齊優(yōu)化方法，飛蜂 窩網(wǎng)絡系統(tǒng)包含K個飛蜂窩基站和K個飛蜂窩用戶，其中，每個飛蜂窩基站有M個天線，每個 飛蜂窩用戶有N個天線，優(yōu)化方法包括以下步驟：
[0006] 第一步:初始化信息交互，收集獲取飛蜂窩網(wǎng)絡基站歸屬、天線配置、頻率、位置、 鄰區(qū)等無線參數(shù)信息;收集各飛蜂窩基站與飛蜂窩用戶間的無線空間信道狀態(tài)信息；
[0007] 第二步:初始化飛蜂窩基站到飛蜂窩接收機的發(fā)射功率值，設定系統(tǒng)的發(fā)射總功 率為P，在初始狀態(tài)下分配各個飛蜂窩基站相同的發(fā)射功率:P av = P/K;
[0008] 第三步:建立飛蜂窩網(wǎng)絡下行鏈路信號接收模型；
[0009] 第四步:初始化預編碼矩陣1和干擾抑制矩陣U1;設定每個飛蜂窩基站發(fā)送的數(shù)據(jù) 向量的信息流數(shù)為d，初始化Vi和Ui使其具有如下形式:Vi:MX d，Ui: NX d;即:Vi是MX d維矩 陣，Ui是NX d維矩陣；
[0010] 第五步:進行干擾迭代計算，計算飛蜂窩用戶干擾泄漏功率是否消除，如果干擾消 除則結(jié)束，如果干擾繼續(xù)則進入第六步；
[0011] 第六步:評估信道質(zhì)量與發(fā)送信號速率大小;本專利功率分配原則是評估信道質(zhì) 量和發(fā)送信號速率的大小，使得信道質(zhì)量不佳且需要較大速率發(fā)送數(shù)據(jù)的飛蜂窩基站分配 到更多的功率資源。
[0012] 第七步:計算并更新飛蜂窩基站發(fā)射功率；
[0013] 第八步:計算并更新預編碼矩陣1和干擾抑制矩陣U;
[0014] 第九步:重復步驟五，繼續(xù)迭代計算，直到干擾消除。本發(fā)明涉及的方法通過綜合 考慮信道質(zhì)量和信號向量傳輸速率，為信道質(zhì)量不佳且需要高速率傳輸?shù)娘w蜂窩基站分配 更大的發(fā)射功率。這樣可以合理分配系統(tǒng)總功率，有效改善系統(tǒng)總體干擾水平，提升系統(tǒng)信 干噪比，減小干擾對齊算法迭代次數(shù)，從而進一步優(yōu)化干擾對齊算法。
[0015] 其中，第三步中，所述信號接收模型中具有K用戶的飛蜂窩網(wǎng)絡中飛蜂窩用戶i接 K 收的信號向量為：A =貧，氣」Z
[0016] 其中，代表飛蜂窩基站j到飛蜂窩用戶i間的NXM信道參數(shù)矩陣，&代表代表飛 蜂窩基站j發(fā)送的信號矩陣;上述表達式中，H llXlR表飛蜂窩用戶i接收的來自飛蜂窩基站i 的發(fā)射信號向量，即為期望信號；I； 代表來自飛蜂窩基站i以外的其他K-1個基站的 干擾信號;m代表飛蜂窩用戶i收到的均值為0、方差為〇2的加性高斯白噪聲。
[0017] 其中，第五步中，進行干擾迭代計算時首先進行干擾對齊計算:飛蜂窩基站對發(fā)送 給每個飛蜂窩用戶的信號向量進行預編碼，在飛蜂窩用戶端對接收的信號進行干擾抑制矩 陣濾波，即可得到待檢驗接收信號；
[0018] 然后檢驗對齊質(zhì)量:干擾對齊的質(zhì)量以飛蜂窩用戶干擾泄漏的功率大小來衡量， 飛蜂窩用戶i的總干擾泄漏功率表示為：h &，
[0019] 其中：Tr[?]表示求矩陣的跡，
[0020] 0:代表飛蜂窩用戶i的干擾協(xié)方差矩陣，匕是飛蜂窩基站j的發(fā)射功率，CU代表飛蜂 窩用戶i的自由度，％是飛蜂窩基站j對應的預編碼矩陣，飛蜂窩用戶i接收的信號通過干擾 抑制矩陣仏后如果不再產(chǎn)生干擾泄漏則干擾消除算法結(jié)束，否則繼續(xù)第六步。
[0021] 其中，第六步中評估信道質(zhì)量與發(fā)送信號速率大小的具體步驟如下：使用信道矩 陣的跡來衡量信道質(zhì)量，飛蜂窩基站i到飛蜂窩用戶i間的信道質(zhì)量表示為：
[0022] tu = Tr{HuH^\
[0023] 系統(tǒng)各個飛蜂窩基站和飛蜂窩用戶間的信道平均質(zhì)量表示為：
[0025] 飛蜂窩基站i發(fā)送信號向量的速率表示為:Si
[0026] 各個飛蜂窩基站發(fā)送信號向量速率的均值為
[0027]其中，Hii代表飛蜂窩基站i到飛蜂窩用戶i間的NXM信道參數(shù)矩陣，Hjj代表飛蜂窩 基站j到飛蜂窩用戶j間的NXM信道參數(shù)矩陣，如表示飛蜂窩基站j到飛蜂窩用戶j間的信道 質(zhì)量。
[0028]其中，第七步中計算并更新飛蜂窩基站發(fā)射功率的具體步驟如下：綜合考量信道 質(zhì)量和信號向量發(fā)射速率大小，飛蜂窩基站i的發(fā)射功率更新為：
[0030] ~代表飛蜂窩基站j發(fā)送信號向量的速率。
[0031]其中，第八步中計算并更新預編碼矩陣1和干擾抑制矩陣仏的具體步驟如下:計算 Vi和Ui，滿足如下約束條件：
[0032] Vi：MXd Ui：NXd
[0033]
[0034] 即：維矩陣，1]1是~父(1維矩陣，仏的更新迭代需要以最小化飛蜂窩用戶i的 總干擾泄漏功率U為原則。
[0035] 有益效果：與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:在傳統(tǒng)的干擾對齊算法中，發(fā)射 機的功率通常設置為恒定值，這沒有充分利用系統(tǒng)的總功率，非目標發(fā)射機采用恒定功率 增加了對其他接收機的干擾機率，并且使得系統(tǒng)的信干噪比下降。本發(fā)明給出了一種下行 鏈路的飛蜂窩基站功率分配方法。通過綜合考慮信道質(zhì)量和信號向量傳輸速率，為信道質(zhì) 量不佳且需要高速率傳輸?shù)娘w蜂窩基站分配更大的發(fā)射功率，這樣可以合理分配系統(tǒng)總功 率，有效改善系統(tǒng)總體干擾水平，提升系統(tǒng)信干噪比，減小干擾對齊算法迭代次數(shù)，優(yōu)化了 干擾對齊算法。
【附圖說明】
[0036] 圖1是本發(fā)明的飛蜂窩網(wǎng)絡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0037] 圖2本發(fā)明干擾對齊計算信號向量圖；
[0038]圖3是本發(fā)明的整體流程圖。
【具體實施方式】
[0039]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】，進一步闡明本發(fā)明。
[0040] 如圖1所示，是本發(fā)明的K用戶飛蜂窩網(wǎng)絡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0041] 本發(fā)明基于下行功率分配的飛蜂窩網(wǎng)絡部分反饋干擾對齊算法，如圖3所示，包括 以下步驟：
[0042] 第一步:初始化信息交互，收集獲取飛蜂窩網(wǎng)絡基站歸屬、天線配置、頻率、位置、 鄰區(qū)等無線參數(shù)信息;收集各飛蜂窩基站與飛蜂窩用戶間的無線空間信道狀態(tài)信息。圖1所 示系統(tǒng)包含K個飛蜂窩基站和K個飛蜂窩用戶，并且假設飛蜂窩基站天線數(shù)為M，飛蜂窩用戶 天線數(shù)量為N。
[0043] 第二步:初始化飛蜂窩基站到飛蜂窩用戶的發(fā)射功率值。設定系統(tǒng)的發(fā)射總功率 為P，在初始狀態(tài)下分配各個飛蜂窩基站相同的發(fā)射功率：
[0044] Pav = P/K
[0045] 第三步:建立飛蜂窩網(wǎng)絡下行鏈路信號接收模型。確定多用戶干擾，在圖示的具有 K用戶的飛蜂窩網(wǎng)絡中飛蜂窩用戶i接收的信號向量為： K
[0046] y； = ^nxi+ S
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