專利名稱：：一種基于信道f范數(shù)投影調(diào)度的小區(qū)間干擾抑制方法
技術領域：
：本發(fā)明屬于無線通信技術，具體是涉及一種基于信道F范數(shù)投影調(diào)度的小區(qū)間干擾抑制方法。
背景技術：
：隨著移動通信用戶數(shù)量的急劇增加和無線寬帶業(yè)務(如多媒體業(yè)務)的迅速興起，人們期望未來移動通信系統(tǒng)能提供更高的數(shù)據(jù)傳輸率(100Mbps以上)、更高的頻譜效率(10bps/Hz以上)。多輸入多輸出(MultipleInputMultipleOutput,MIMO)是一種在發(fā)射端和接收端都配置多根天線的技術。MIMO是提高頻譜效率的一種有效手段，它能夠在不增加發(fā)射功率的前提下，成倍的提高系統(tǒng)的頻譜效率。但是在多小區(qū)多用戶的場景下應用MIMO技術(該場景稱之為Muti-cellMMO-MU)會引出很多與小區(qū)間干擾抑制相關的問題。由于各基站向各自用戶發(fā)送信號時工作在相同的頻率，所以來自相鄰小區(qū)的基站信號會構成干擾。因此需要采取措施以達到干擾抑制的目的。但現(xiàn)有的單小區(qū)多用戶MMO系統(tǒng)的干擾抑制算法無法處理多小區(qū)情況下的干擾問題，目前也未有性能優(yōu)越的多小區(qū)間干擾抑制方案被現(xiàn)有技術公布
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提出一種基于信道F范數(shù)投影調(diào)度的小區(qū)間干擾抑制方法，旨在減小多小區(qū)的邊緣用戶所受干擾，在提高小區(qū)邊緣的頻譜利用率的基礎上提升系統(tǒng)容—種基于信道F范數(shù)投影調(diào)度的小區(qū)間干擾抑制方法，按照以下步驟進行(1)第1，…，Nb個協(xié)作基站分別站向本邊緣小區(qū)的邊緣用戶終端發(fā)送信道估計信號，Nb為協(xié)作基站數(shù)；(2)第c=1，…，k個邊緣用戶終端Uec根據(jù)接收到的信道估計信號計算信道矢量，并將其反饋給本邊緣小區(qū)的協(xié)作基站，各協(xié)作基站將接收到的信道矢量反饋給中央控制器，中央控制器計算得到聯(lián)合信道矢量HEW，k為總的邊緣用戶終端數(shù)；2(3)中央控制器初始化已選用戶集S(sj，A=argmaxc二l，…，A:.表示求F范數(shù)；將Sl以外的邊緣用戶終端加入待選用戶集U;對用戶終端Sl的聯(lián)合信道矩陣的行向量進行施密特正交化，得到其基V;(4)更新已選用戶集S，具體為(4.1)計算投影矩陣^^^.=￡力一^￡M;「「，j=1，…，k-d，d為已選用戶集S中的邊緣用戶終端數(shù)，Uj表示待選用戶集U中的第j個邊緣用戶終端，上標H表示共軛轉(zhuǎn)置；3(4.2)將已選用戶集S中第i=1，…，d個用戶Si以外的所有用戶聯(lián)合信道矩陣依次與待選用戶集U中所有邊緣用戶終端的聯(lián)合信道矩陣進行行拼接，得到矩陣Zf/fL;f,上標T表示轉(zhuǎn)置；對所得矩陣//。，，的行向量進行施密特正交化，得到其基^;(4.3)i十算g影矩陣/^^=^r^—i^^^^^^;力(4.4)從待選用戶集U中選取邊緣用戶終端sd<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>+加入已選用戶集s<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>(4.5)計算投影矩陣//,—對#5的行向:"rf+i+i，:進行施密特正交化后得到g，更新F=;(4.6)判斷當前用戶數(shù)d=d+1是否小于多點協(xié)作傳輸用戶集上限，若小于，則返回步驟(4.l)，否則進入步驟(5);(5)采用貪婪算法對已選用戶集S進行篩選，確定具有最大系統(tǒng)容量的多點協(xié)作傳輸用戶集；(6)對多點協(xié)作傳輸用戶集中的各邊緣用戶終端分別設計塊對角預編碼矩陣，各協(xié)作基站使用塊對角預編碼矩陣對對應的邊緣用戶終端進行聯(lián)合預編碼和發(fā)送。本發(fā)明的技術效果體現(xiàn)在在多小區(qū)多用戶MIMO的場景下，本發(fā)明通過多點協(xié)作傳輸技術(CoMP)，采用JP方式即多個基站由上層的中央控制器(centralcontroller)協(xié)調(diào)工作，將信道F范數(shù)投影用戶調(diào)度和塊對角預編碼干擾抑制技術結(jié)合起來，一方面利用信道F范數(shù)投影用戶調(diào)度提升系統(tǒng)容量，另一方面利用多小區(qū)塊對角化(Muti-cellBD)預編碼處理，在提高小區(qū)邊緣的頻譜利用率的基礎上達到干擾抑制的目的。圖1為本發(fā)明場景示意圖圖2為本發(fā)明實例示意圖圖3為本發(fā)明流程示意圖圖4為不同調(diào)度策略下單小區(qū)平均容量隨信噪比變化示意圖。具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式進一步說明本發(fā)明。本發(fā)明考慮的場景如圖1中陰影部分所示，其由多個小區(qū)的鄰接區(qū)域也稱邊緣小區(qū)組成邊緣區(qū)域，邊緣區(qū)域內(nèi)的用戶終端UE稱之為邊緣用戶終端。定義共有k個邊緣用戶終端，邊緣用戶終端的天線數(shù)為K，協(xié)作傳輸?shù)膮f(xié)作基站eNB數(shù)目為Nb，每個基站發(fā)射天線數(shù)為Nt，功率限制為Pb。{Hb,。}為第b個基站eNB到第c個邊緣用戶終端間的小尺度信道衰落矩陣，ab,。為對應的大尺度衰減系數(shù)；第c個用戶終端的聯(lián)合信道矩陣定義為,c，"2，c氺^2,c,…,"ATA，e*^iVA，cJ。采用此方案在任意時隙能夠同時服務的CoMP傳輸用戶集上限為K=早6見，圖2給出了該系統(tǒng)模型一實例，實例中邊緣區(qū)域由三個邊緣小區(qū)構成，基站發(fā)射天線數(shù)Nt=4，邊緣用戶終端的接收天線數(shù)^=2，協(xié)作的邊緣小區(qū)個數(shù)Nb=3，每個邊緣小區(qū)內(nèi)邊緣用戶數(shù)為10，總邊緣用戶數(shù)k=30，基站功率限制^=iw，發(fā)送端信噪比為[-io:io:30]dB且平均功率分配，基站到用戶的信道為瑞利平坦衰落信道。為簡化說明，文中將協(xié)作基站簡稱為基站，邊緣用戶終端簡稱為用戶終端或用戶。圖3給出了本發(fā)明流程，具體步驟如下(1)各基站向本邊緣小區(qū)的用戶終端發(fā)送信道估計信號；對于某一基站，其所在的小區(qū)稱作本小區(qū)，屬于本小區(qū)的邊緣小區(qū)稱作該基站的本邊緣小區(qū)。(2)用戶終端根據(jù)接收到的信道估計信號計算各自的信道矢量并將其反饋給本小區(qū)的基站，各基站將接收到的信道矢量反饋給中央控制器，中央控制器計算得到各用戶的聯(lián)合信道矢量^^f^，以便進行下一步的用戶調(diào)度和預編碼；(3)初始化已選用戶集S為空集，待選用戶集U為當前所有用戶；中央控制器計算所有用戶終端的聯(lián)合信道矢量的F范數(shù)的平方，選取該值最大的用戶加入S，即第一個已選用戶為Azargmaxli/^，同時將該用戶從u中除去。對用戶終端81的聯(lián)合信道矩陣的行向量進行施密特正交化，得到其基V;(4)更新已選用戶集，具體為(4.1)設已選用戶集中已有d個用戶，則待選用戶集中有k-d個待選用戶，分別計算U中每個用戶的聯(lián)合信道矩陣在V上的投影矩陣，即對于U中的第j=1，…，k-d個用戶u,.，投影矩陣A^，其中上標H表示共軛轉(zhuǎn)置；"，——一''，-.(4.2)依次將已選用戶集S中第i(i=1，…，d)個用戶Si除開，將集合中其他所有用戶聯(lián)合信道矩陣依次與待選用戶集U中所有用戶的聯(lián)合信道矩陣進行行拼接，得到A,力…A其中，上標T表示轉(zhuǎn)置?！?y,J,'+i對所得矩陣/^，;的行向:信道矩陣在(4.2)中得到的與之對應的一組基上的投影矩陣1，'，K-d進行施密特正交化，得到其基『,(4.3)計算/^力=^^&,.—/^^^;;:"y^;，;,即已選用戶集中每個用戶的聯(lián)合(4.4)對所得對應于待選用戶集中的第j個用戶的一組投影矩陣Z/fM的F范數(shù)的平方求和，將其與Uj用戶在(4.1)中獲取的投影矩陣的F范數(shù)值的平方相加，找出能使該值最大化的用戶，即=argmax取、/=i"乂+五w乂乂5(4.5)將該用戶Sw從待選用戶集U中除去并加入已選用戶集S，計算:進行施密特正交化后得到P更<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>(4.6)判斷當前用戶數(shù)d=d+1是否小于CoMP傳輸模式的上限，若小于，則返回步驟(4.l)，否則進入步驟(5);(5)對已選用戶集進行貪婪算法，以此來確定具有最大系統(tǒng)容量的CoMP用戶集；貪婪算法(GreedyUserSelection)的基本思想是每次選擇這樣的一個用戶，該用戶與已選用戶組成的用戶集能夠提供最大的系統(tǒng)容量，當選擇的用戶數(shù)目達到能同時支持的最大用戶數(shù)時或者選擇的用戶引起系統(tǒng)總?cè)萘肯陆禃r，算法結(jié)束。該算法可以最大限度的提高系統(tǒng)容量，但缺點是復雜度較高，會給系統(tǒng)帶來沉重負擔。(6)分別對多點協(xié)作傳輸用戶集中的各邊緣用戶終端設計塊對角預編碼矩陣，各協(xié)作基站使用塊對角預編碼矩陣對其對應的邊緣用戶終端進行聯(lián)合預編碼和發(fā)送。塊對角預編碼矩陣的設計方法如下令步驟(5)中共選出ie個用戶，則其中第<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>個用戶UEi的接收信號可表示為(1)其中，&代表用戶UEi受到的噪聲干擾，為協(xié)方差矩陣為N。I(I為單位矩陣)的零均值循環(huán)復高斯變/溝''項表示用戶收到的來自其他用戶的干擾，=["l，/^U,"2，/H2，/,…"A^，/〃^，,.]為用戶UEi收到的聯(lián)合信號的衰落信道矩陣，Sl為各協(xié)作基站發(fā)送給第1個用戶的信號。1\為中央控制器對用戶UEi的發(fā)送預編碼矩陣，由下式給出<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>其中，干擾抑制矩陣&=VJ'i，、是由第i個用戶以外的其他用戶的衰落信道矩陣組成的矩陣&」-[/^p…，^;一,^i+p…，/^eF進行奇異值分解后零奇異值對應的右奇異值向量，T表示轉(zhuǎn)置矩陣；V'i是虛擬信道HEipara=HEiVi的非零奇異值對應的右奇異值向量。所有f個用戶的干擾抑制矩陣構成G，G-[G,，G2，…，G^]，GW是矩陣G中第b個基站eNBb的Nt根發(fā)送天線所對應的行構成的矩陣,<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>項表示采取的功率分配方案為平均功率分配。可知，Tj滿足I!H說乙-AVA^"/'，這樣便消除了不同用戶間的干擾。采用聯(lián)合編碼后平均每個小區(qū)的容j<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>圖3為對圖2中的實例進行仿真的結(jié)果。在該條件下，仿真了本發(fā)明和基于貪婪及基于輪詢算法的平均容量。從仿真結(jié)果中可以看出，當發(fā)送端信噪比為10dB時，本發(fā)明和基于貪婪分別比基于輪詢的平均容量提高37.4%和43.2%。雖然本發(fā)明略低于貪婪，但是可以有效降低計算復雜度，相比之下更容易實現(xiàn)。權利要求一種基于信道F范數(shù)投影調(diào)度的小區(qū)間干擾抑制方法，按照以下步驟進行(1)第1，…，Nb個協(xié)作基站分別站向本邊緣小區(qū)的邊緣用戶終端發(fā)送信道估計信號，Nb為協(xié)作基站數(shù)；(2)第c＝1，…，k個邊緣用戶終端Uec根據(jù)接收到的信道估計信號計算信道矢量，并將其反饋給本邊緣小區(qū)的協(xié)作基站，各協(xié)作基站將接收到的信道矢量反饋給中央控制器，中央控制器計算得到聯(lián)合信道矢量k為總的邊緣用戶終端數(shù)；(3)中央控制器初始化已選用戶集S＝{s1}，<mrow><msub><mi>s</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><munder><mrow><mi>arg</mi><mi>max</mi></mrow><mrow><mi>c</mi><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>,</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>,</mo><mi>k</mi></mrow></munder><msubsup><mrow><mo>|</mo><mo>|</mo><msub><mi>H</mi><msub><mi>EUe</mi><mi>c</mi></msub></msub><mo>|</mo><mo>|</mo></mrow><mi>F</mi><mn>2</mn></msubsup><mo>,</mo></mrow>‖‖F(xiàn)表示求F范數(shù)；將s1以外的邊緣用戶終端加入待選用戶集U；對用戶終端S1的聯(lián)合信道矩陣的行向量進行施密特正交化，得到其基V；(4)更新已選用戶集S，具體為(4.1)計算投影矩陣<mrow><msub><mover><mi>H</mi><mo>~</mo></mover><msub><mi>Eu</mi><mi>j</mi></msub></msub><mo>=</mo><msub><mi>H</mi><msub><mi>Eu</mi><mi>j</mi></msub></msub><mo>-</mo><msub><mi>H</mi><msub><mi>Eu</mi><mi>j</mi></msub></msub><msup><mi>V</mi><mi>H</mi></msup><mi>V</mi><mo>,</mo></mrow>j＝1，…，k-d，d為已選用戶集S中的邊緣用戶終端數(shù)，uj表示待選用戶集U中的第j個邊緣用戶終端，上標H表示共軛轉(zhuǎn)置；(4.2)將已選用戶集S中第i＝1，…，d個用戶si以外的所有用戶聯(lián)合信道矩陣依次與待選用戶集U中所有邊緣用戶終端的聯(lián)合信道矩陣進行行拼接，得到矩陣<mrow><msub><mover><mi>H</mi><mo>^</mo></mover><mrow><msub><mi>s</mi><mi>i</mi></msub><mo>,</mo><msub><mi>u</mi><mi>j</mi></msub></mrow></msub><mo>=</mo><msup><mrow><mo>[</mo><msubsup><mi>H</mi><msub><mi>Es</mi><mn>1</mn></msub><mi>T</mi></msubsup><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><msubsup><mi>H</mi><msub><mi>Es</mi><mrow><mi>i</mi><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msub><mi>T</mi></msubsup><msubsup><mi>H</mi><msub><mi>Es</mi><mrow><mi>i</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></msub><mi>T</mi></msubsup><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><msubsup><mi>H</mi><msub><mi>Es</mi><mi>d</mi></msub><mi>T</mi></msubsup><msubsup><mi>H</mi><msub><mi>Eu</mi><mi>j</mi></msub><mi>T</mi></msubsup><mo>]</mo></mrow><mi>T</mi></msup><mo>,</mo></mrow>上標T表示轉(zhuǎn)置；對所得矩陣的行向量進行施密特正交化，得到其基(4.3)計算投影矩陣<mrow><msub><mover><mi>H</mi><mo>~</mo></mover><mrow><msub><mi>s</mi><mi>i</mi></msub><mo>,</mo><msub><mi>u</mi><mi>j</mi></msub></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>H</mi><msub><mi>Es</mi><mi>i</mi></msub></msub><mo>-</mo><msub><mi>H</mi><msub><mi>Es</mi><mi>i</mi></msub></msub><msubsup><mi>W</mi><mrow><msub><mi>s</mi><mi>i</mi></msub><mo>,</mo><msub><mi>u</mi><mi>j</mi></msub></mrow><mi>H</mi></msubsup><msub><mi>W</mi><mrow><msub><mi>s</mi><mi>i</mi></msub><mo>,</mo><msub><mi>u</mi><mi>j</mi></msub></mrow></msub><mo>;</mo></mrow>(4.4)從待選用戶集U中選取邊緣用戶終端Sd+1加入已選用戶集S<mrow><msub><mi>s</mi><mrow><mi>d</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></msub><mo>=</mo><mi>arg</mi><munder><mi>max</mi><mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>,</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mi>k</mi><mo>-</mo><mi>d</mi></mrow></munder><mrow><mo>(</mo><munderover><mi>&Sigma;</mi><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>d</mi></munderover><msubsup><mrow><mo>|</mo><mo>|</mo><msub><mover><mi>H</mi><mo>~</mo></mover><mrow><msub><mi>S</mi><mi>i</mi></msub><mo>,</mo><msub><mi>U</mi><mi>j</mi></msub></mrow></msub><mo>|</mo><mo>|</mo></mrow><mi>F</mi><mn>2</mn></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mrow><mo>|</mo><mo>|</mo><msub><mover><mi>H</mi><mo>~</mo></mover><msub><mi>EU</mi><mi>j</mi></msub></msub><mo>|</mo><mo>|</mo></mrow><mi>F</mi><mn>2</mn></msubsup><mo>)</mo></mrow><mo>;</mo></mrow>(4.5)計算投影矩陣<mrow><msub><mover><mi>H</mi><mo>~</mo></mover><msub><mi>s</mi><mrow><mi>d</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></msub></msub><mo>=</mo><msub><mi>H</mi><msub><mi>Es</mi><mrow><mi>d</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></msub></msub><mo>-</mo><msub><mi>H</mi><msub><mi>Es</mi><mrow><mi>d</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></msub></msub><msup><mi>V</mi><mi>H</mi></msup><mi>V</mi><mo>,</mo></mrow>對的行向量進行施密特正交化后得到更新<mrow><mi>V</mi><mo>=</mo><msup><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msup><mi>V</mi><mi>H</mi></msup></mtd><mtd><msubsup><mover><mi>V</mi><mo>~</mo></mover><msub><mi>s</mi><mrow><mi>d</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></msub><mi>H</mi></msubsup></mtd></mtr></mtable></mfenced><mi>H</mi></msup><mo>;</mo></mrow>(4.6)判斷當前用戶數(shù)d＝d+1是否小于多點協(xié)作傳輸用戶集上限，若小于，則返回步驟(4.1)，否則進入步驟(5)；(5)采用貪婪算法對已選用戶集S進行篩選，確定具有最大系統(tǒng)容量的多點協(xié)作傳輸用戶集；(6)對多點協(xié)作傳輸用戶集中的各邊緣用戶終端分別設計塊對角預編碼矩陣，各協(xié)作基站使用塊對角預編碼矩陣對對應的邊緣用戶終端進行聯(lián)合預編碼和發(fā)送。F2009102734085C00011.tif,F2009102734085C00022.tif,F2009102734085C00023.tif,F2009102734085C00027.tif,F2009102734085C00028.tif全文摘要本發(fā)明提供一種基于信道F范數(shù)投影調(diào)度的小區(qū)間干擾抑制方法，在多小區(qū)多用戶MIMO的場景下，多個基站由上層的中央控制器協(xié)調(diào)工作，通過多點協(xié)作傳輸技術(CoMP)將信道F范數(shù)投影用戶調(diào)度和塊對角預編碼干擾抑制技術結(jié)合起來，一方面利用信道F范數(shù)投影用戶調(diào)度提升系統(tǒng)容量，另一方面利用多小區(qū)塊對角化作預編碼處理，在提高小區(qū)邊緣的頻譜利用率的基礎上達到干擾抑制的目的。文檔編號H04B7/04GK101795179SQ200910273408公開日2010年8月4日申請日期2009年12月25日優(yōu)先權日2009年12月25日發(fā)明者劉創(chuàng),向林,張靖,曹程倩,杜曲,胡金鐘,葛曉虎,黃坤申請人:華中科技大學