專利名稱：多小區(qū)系統(tǒng)中基于干擾對齊的基站天線選擇方法
多小區(qū)系統(tǒng)中基于干擾對齊的基站天線選擇方法技術領域
本發(fā)明屬于無線通信技術領域，更進一步涉及一種多小區(qū)系統(tǒng)中基于干擾對齊的基站天線選擇方法，可用于面向商用的LTE網(wǎng)絡。
背景技術：
為了提高蜂窩系統(tǒng)的容量，以LTE網(wǎng)絡為代表的下一代無線通信系統(tǒng)要求盡可能實現(xiàn)相鄰小區(qū)的全頻率復用，即頻譜復用因子為I。因此，相對于噪聲和衰落，小區(qū)間干擾成為影響系統(tǒng)性能的主要因素。如何有效地進行多小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)，特別是消除小區(qū)邊緣用戶的干擾引起了廣泛的關注。干擾對齊是最近幾年提出的一種干擾協(xié)調(diào)技術，它能夠在用戶接收機將來自其他基站的干擾信號對齊到接收信號空間的一個子空間，把來自對應基站的有用信號投影到另一個不受干擾的子空間，從而進行有效的干擾抑制，提高系統(tǒng)容量。
K. Gomadam 等學者在文章 “Approaching the Capacity of Wireless Networksthrough Distributed Interference Alignment，， (Proceedings of the IEEE GlobalTelecommunications Conference, Miami, USA, 2008:1-5)中提出了一種分布式迭代干擾對齊方法(稱為傳統(tǒng)迭代干擾對齊)，適用于多小區(qū)多輸入多輸出(MIMO)網(wǎng)絡的干擾協(xié)調(diào)。該方法首先隨機初始化基站的預編碼矩陣，然后按照干擾泄露最小原則迭代設計用戶的干擾抑制矩陣和基站的預編碼矩陣直到收斂。該方法存在的不足之處是ΜΙΜ0系統(tǒng)中盡管用戶的天線數(shù)一般較少，但基站可能配置數(shù)量較多的天線，該方法并沒有考慮隨著基站天線數(shù)量的增加，包含數(shù)模/模數(shù)轉換器、下變頻器、低噪聲放大器等元件的射頻鏈路也要逐漸增加，從而增加系統(tǒng)硬件成本的問題。
J. G. Klotz 等人在文章“Antenna Selection Criteria for Interference Alignment，，(Proceedings of IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile RadioCommuni cat ions, Istanbul, Turkey, 2010:527-531)中提出了針對米用非迭代干擾對齊的3小區(qū)系統(tǒng)的基站天線選擇方法，以降低系統(tǒng)硬件成本，同時獲得系統(tǒng)和容量性能提升。該方法的主要實現(xiàn)步驟是第一，利用窮搜索方法遍歷3個基站的所有備選天線子集組合成的所有天線選擇情況；第二，對于每一種天線選擇情況，進行非迭代干擾對齊，并計算系統(tǒng)和容量或者每個用戶的有用和干擾信號向量空間弦距離的和；第三，按照最大化系統(tǒng)和容量準則或者最大化弦距離準則選出最各基站最優(yōu)的天線選擇方案，將選中的天線連接到相應的射頻鏈路上；第四，實現(xiàn)非迭代干擾對齊。該方法存在的不足之處是鑒于非迭代干擾對齊只能完成3個小區(qū)的干擾協(xié)調(diào)，本方法只適用于包含3個小區(qū)的系統(tǒng)，因此使用具有局限性，不能擴展到多小區(qū)的系統(tǒng)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的不足，提出一種多小區(qū)系統(tǒng)中基于干擾對齊的基站天線選擇方法，降低系統(tǒng)硬件成本，獲得天線選擇增益，同時將應用范圍從3個小區(qū)擴展到多個小區(qū)。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明方法的思路是
針對LTE系統(tǒng)中進行全頻率復用的小區(qū)數(shù)目不固定且較多的特點，本發(fā)明方法采用迭代干擾對齊進行多個小區(qū)系統(tǒng)的干擾協(xié)調(diào)；由于確定各小區(qū)最優(yōu)的基站天線選擇方案是一個組合優(yōu)化問題，求解這個組合優(yōu)化問題需要對由各小區(qū)基站組合成的各種天線選擇情況進行多次搜索，因此在每一種天線選擇情況搜索過程中，采用包含多次迭代的傳統(tǒng)迭代干擾對齊會導致方法的計算復雜度較高；本發(fā)明方法采用以下兩個方式分別降低搜索各種天線選擇情況的次數(shù)和每次搜索過程中的計算復雜度第一，沿著系統(tǒng)和容量增加的優(yōu)化方向，在保持其他基站天線選擇方案不變的情況下，依次對每個小區(qū)的基站天線選擇方案進行優(yōu)化，從而降低求解組合優(yōu)化問題中搜索各種天線選擇情況的次數(shù)；第二，在優(yōu)化每個小區(qū)的基站天線選擇方案時，采用只進行若干次迭代的部分迭代干擾對齊，然后計算系統(tǒng)和容量，而不是完成傳統(tǒng)迭代干擾對齊，從而降低每次搜索過程的計算復雜度；根據(jù)各小區(qū)最優(yōu)的基站天線選擇方案，本發(fā)明方法最后采用傳統(tǒng)迭代干擾對齊實現(xiàn)多小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)。
本發(fā)明的具體步驟如下
(I)估計各基站到本小區(qū)用戶的信道狀態(tài)信息
基站k給本小區(qū)用戶k發(fā)送導頻信息，用戶k估計基站k各天線到自身的信道狀態(tài)信息，并反饋給基站k，其中k = 1，. . .，B，B為小區(qū)數(shù)；基站k根據(jù)本小區(qū)用戶反饋的信道狀態(tài)信息，確定信道矩陣1^ e Cm^v，其中N和M分別代表基站k和用戶k的天線數(shù)，e表示復數(shù)域；
(2)初始化各小區(qū)基站天線選擇方案
初始化基站k的天線選擇方案為具有最大的F-范數(shù)的矩陣H| eCMx~對應的備選天線選擇向量，的計算公式如下
權利要求
1.一種多小區(qū)系統(tǒng)中基于干擾對齊的基站天線選擇方法，包括如下步驟(1)估計各基站到本小區(qū)用戶的信道狀態(tài)信息基站k給本小區(qū)用戶k發(fā)送導頻信息，用戶k估計基站k各天線到自身的信道狀態(tài)信息，并反饋給基站k，其中k = 1，. . .，B，B為小區(qū)數(shù)；基站k根據(jù)本小區(qū)用戶反饋的信道狀態(tài)信息，確定信道矩陣民，
2.根據(jù)權利要求1所述的多小區(qū)系統(tǒng)中基于干擾對齊的基站天線選擇方法，其中步驟(I)所述的基站k給用戶k發(fā)送導頻信息，是按照如下方式進行基站k分ρν/Λ^Ι次給用戶k發(fā)送導頻信息，每一次選取若干天線并將它們連接到射頻鏈路發(fā)送導頻信息，其中第I 次從所有N個天線中選取Nf個天線，第2次從剩余的N-Nf個天線中選取Nf個天線，第3次從剩余的N-2Nf個天線中選取Nf個天線，直到第pV/Λθ Ι次選取最后剩余的天線，從而確保所有天線都會在某一次被連接到射頻鏈路發(fā)送導頻信息，其中k = 1，. . .，B，B為小區(qū)數(shù)，N 和Nf代表基站的天線數(shù)和射頻鏈路數(shù)，且N > Nf，「x~|代表對標量X向上取整。
3.根據(jù)權利要求1所述的多小區(qū)系統(tǒng)中基于干擾對齊的基站天線選擇方法，其中所述步驟(2)中的信道矩陣H=，用以下公式確定
4.根據(jù)權利要求1所述的多小區(qū)系統(tǒng)中基于干擾對齊的基站天線選擇方法，其中所述步驟(3. 3a)中的預編碼矩陣Vj e Cv〃要滿足條件: 0f=Id，其中k = 1，. . .，B，B為小區(qū)數(shù)，Ω為B小區(qū)基站天線選擇集合，Nf表示基站的射頻鏈路數(shù)，d表示基站發(fā)送數(shù)據(jù)流的維數(shù)，(· )H表示矩陣的共軛轉置，In表示nXn維的單位矩陣，C表示復數(shù)域。
5.根據(jù)權利要求1所述的多小區(qū)系統(tǒng)中基于干擾對齊的基站天線選擇方法，其中所述步驟(3. 3c)中的在第c次迭代時用戶k'的干擾協(xié)方差矩陣Qt ,其計算公式如下
6.根據(jù)權利要求1所述的多小區(qū)系統(tǒng)中基于干擾對齊的基站天線選擇方法，其中所述步驟(3. 3e)中的在第c次迭代時基站k的干擾協(xié)方差矩陣,其計算公式如下
7.根據(jù)權利要求1所述的多小區(qū)系統(tǒng)中基于干擾對齊的基站天線選擇方法，其中所述步驟(3. 3g)中的部分迭代干擾對齊的迭代次數(shù)Nite需要滿足Nite ( N1，其中N1表示傳統(tǒng)干擾對齊收斂需要的迭代次數(shù)經(jīng)驗值，優(yōu)選為30。
8.根據(jù)權利要求1所述的多小區(qū)系統(tǒng)中基于干擾對齊的基站天線選擇方法，其中所述步驟(3. 4)中的用戶k'的干擾協(xié)方差矩陣Q ，其計算公式如下
9.根據(jù)權利要求1所述的多小區(qū)系統(tǒng)中基于干擾對齊的基站天線選擇方法，其中所述步驟(3. 5)中的容量，其計算公式如下
10.根據(jù)權利要求1所述的多小區(qū)系統(tǒng)中基于干擾對齊的基站天線選擇方法，其中步驟(4.1)所述的根據(jù)最優(yōu)的B個小區(qū)基站天線選擇集合Ω%進行迭代次數(shù)為N1的傳統(tǒng)迭代干擾對齊，設計各小區(qū)中的基站預編碼矩陣和用戶干擾抑制矩陣，按如下步驟進行4.1a)隨機初始化基站k的預編碼矩陣<-、(1￥，且滿足f=1,，其中k = I,...,B,B代表小區(qū)數(shù)，Nf代表基站的射頻鏈路數(shù)，d表示基站發(fā)送數(shù)據(jù)流的維數(shù)，(·)H表示矩陣的共軛轉置，In表示nXn維的單位矩陣，C表示復數(shù)域；4.1b)初始化迭代次數(shù)變量m為I ;4.1c)確定在第m次迭代時用戶k'的干擾協(xié)方差矩陣Qfw
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多小區(qū)系統(tǒng)中基于干擾對齊的基站天線選擇方法，主要解決現(xiàn)有多天線干擾對齊技術的系統(tǒng)硬件成本較高，以及基于干擾對齊的基站天線選擇方法只能在包含3小區(qū)網(wǎng)絡中使用的問題。其實現(xiàn)步驟為估計各基站到本小區(qū)用戶的信道狀態(tài)信息；初始化各小區(qū)基站天線選擇方案；沿著系統(tǒng)和容量增加的優(yōu)化方向，在保持其他基站天線選擇方案不變的情況下，利用部分迭代干擾對齊依次確定各小區(qū)最優(yōu)的基站天線選擇方案；采用傳統(tǒng)迭代干擾對齊進行多小區(qū)干擾協(xié)調(diào)。本發(fā)明適用于具有多個小區(qū)的面向商用的LTE網(wǎng)絡，計算復雜度低，能夠降低系統(tǒng)硬件成本，實現(xiàn)系統(tǒng)和容量與計算復雜度的折中。
文檔編號H04L25/02GK103067062SQ20131002566
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月23日 優(yōu)先權日2013年1月23日
發(fā)明者葛建華, 朱斌, 李靖, 付少忠, 張沉思, 孫垂強, 李靜, 師曉曄 申請人:西安電子科技大學