本發(fā)明涉及一種密集小蜂窩網(wǎng)絡(luò)無線通信技術(shù)，尤其涉及基于導(dǎo)頻復(fù)用的用戶分組和組間干擾抑制方法。

背景技術(shù)：

密集小蜂窩網(wǎng)絡(luò)被認(rèn)為是一種大幅提高系統(tǒng)的頻譜效率和功率效率的有效技術(shù)。與傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)相比，密集小蜂窩網(wǎng)絡(luò)通過密集布設(shè)低成本、低功耗小蜂窩基站，可大幅縮短用戶終端和發(fā)送節(jié)點之間的接入距離，從而獲得低傳播損耗和高空間復(fù)用增益。由于網(wǎng)絡(luò)的密集化，密集小蜂窩網(wǎng)絡(luò)可以在同一頻段允許同時服務(wù)更多的用戶。然而，可用的正交導(dǎo)頻資源卻是有限的，隨著用戶數(shù)量的增加，密集小蜂窩網(wǎng)絡(luò)必須采用導(dǎo)頻復(fù)用才能支持服務(wù)更多的用戶，從另外一方面也會影響系統(tǒng)的性能。其中影響密集小蜂窩網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能主要來自兩方面的干擾：1)導(dǎo)頻污染，2)共信道干擾。

如何抑制導(dǎo)頻污染在大規(guī)模天線系統(tǒng)中學(xué)者們已經(jīng)開展了深入研究，然而在密集小蜂窩網(wǎng)絡(luò)中卻沒有這方面研究。另一方面，密集小蜂窩網(wǎng)絡(luò)的實施會引起嚴(yán)重的共信道干擾，特別是不同小蜂窩之間重疊覆蓋的區(qū)域。通常采用需要共享全局信道狀態(tài)信息的聯(lián)合處理方式來解決共信道干擾問題，但是聯(lián)合處理所需交換的信道信息開銷對于實際系統(tǒng)來說是難以承受的。面對以上挑戰(zhàn)，我們需要設(shè)計一種有效的傳輸處理方案來減少信令開銷，同時抑制密集小蜂窩網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)頻污染和共信道干擾問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提出一種密集小蜂窩網(wǎng)絡(luò)用戶分組與自適應(yīng)干擾抑制方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出的1.一種密集小蜂窩網(wǎng)絡(luò)用戶分組與自適應(yīng)干擾抑制方法，密集小蜂窩網(wǎng)絡(luò)用戶分組與自適應(yīng)干擾抑制方法，其特征在于步驟如下：

步驟1、密集小蜂窩網(wǎng)絡(luò)采用時分雙工(TDD)傳輸模式，各用戶在不同時頻資源周期性地發(fā)送探測信號，各個小蜂窩基站統(tǒng)計接收到的探測信號，獲取各個用戶的大尺度衰落信道信息，通過回傳鏈路傳送給中心處理單元；

步驟2、中心處理單元根據(jù)用戶到各小蜂窩基站的大尺度衰落信道信息確定每個小蜂窩基站服務(wù)的用戶集合，各個小蜂窩基站在同一頻率資源只服務(wù)一個用戶，各個小蜂窩基站在不同頻率資源服務(wù)不同用戶；

步驟3、中心處理單元將同一頻率資源服務(wù)的用戶集合進(jìn)行分組，相互距離位置較遠(yuǎn)的用戶分配在一組，將相互距離位置較近的用戶分配在不同組；

步驟4、同一分組的用戶上行發(fā)送同一導(dǎo)頻，不同分組的用戶上行發(fā)送正交導(dǎo)頻，每個小蜂窩基站收到導(dǎo)頻信號后，估計各個用戶的上行信道矢量；

步驟5、在上行數(shù)據(jù)傳輸階段，用戶發(fā)送數(shù)據(jù)給各自小蜂窩基站，每個小蜂窩基站根據(jù)步驟1接收到的大尺度衰落信道信息確定相鄰的組間干擾，采用上行自適應(yīng)組間干擾抑制方法，選擇合適的上行線性接收濾波器接收數(shù)據(jù)；

步驟6、在下行數(shù)據(jù)傳輸階段，每個小蜂窩基站根據(jù)步驟1接收到的大尺度衰落信道信息確定相鄰的組間干擾，采用下行自適應(yīng)組間抑制干擾方法，選擇合適的下行預(yù)編碼發(fā)送數(shù)據(jù)給各自服務(wù)的用戶。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明還具有以下特征：

1、步驟3中，中心處理單元利用基于導(dǎo)頻復(fù)用的用戶分組方法進(jìn)行用戶分組。

2、所述的基于導(dǎo)頻復(fù)用的用戶分組方法，包括如下步驟：

步驟21：中心處理單元根據(jù)大尺度衰落信道信息β_ni≤(1.5r)^-η的門限標(biāo)準(zhǔn)，確定各個小蜂窩基站在同一頻率資源上相鄰的用戶集合并通過回傳鏈路將用戶集合傳送給各自小蜂窩基站，其中β_ni表示用戶UE_i與小蜂窩基站SBS_n之間的大尺度衰落信道信息，為同一頻率資源服務(wù)的用戶集合，相應(yīng)服務(wù)的小蜂窩基站集合為r是小蜂窩基站的覆蓋半徑，η是路徑損耗因子，為服務(wù)小蜂窩基站集合；

步驟22：選擇各小蜂窩基站相鄰的用戶集合中用戶數(shù)最多的小蜂窩基站

步驟23：將小蜂窩基站相鄰的各用戶分配到不同用戶組T為正交導(dǎo)頻序號集合，從同一頻率資源的用戶集合中去掉已分配的用戶

步驟24：從剩余用戶中選擇與所選小蜂窩基站大尺度衰落最小的用戶

步驟25：分別計算用戶q^*與每組用戶大尺度衰落比值的平均值，第i組的比值為i∈T，其中，表示第i組第k個用戶與小蜂窩基站SBS_n之間的大尺度衰落信道信息，

表示當(dāng)用戶服務(wù)于小蜂窩基站SBS_n，則它們之間大尺度衰落最大，此時否則

將用戶q^*分配到平均每組用戶大尺度衰落比值最大的那組用戶集合并從用戶集合中去掉已分配的用戶

步驟26：重復(fù)步驟24-25，直到所有用戶被分配完，結(jié)束用戶分組。

3、步驟5中，所述上行自適應(yīng)組間干擾抑制方法包括如下步驟：

步驟31：以大尺度衰落信道信息的門限標(biāo)準(zhǔn)確定各小蜂窩基站相鄰的用戶集合

步驟32：每個小蜂窩基站收到導(dǎo)頻信號后，估計服務(wù)用戶以及相鄰用戶的上行信道矩陣其中表示小蜂窩SBS_n估計用戶的上行信道矢量，表示小蜂窩SBS_n估計第i組用戶的上行信道矢量之和；

步驟33：判斷各小蜂窩基站的相鄰用戶數(shù)，當(dāng)小蜂窩基站相鄰用戶數(shù)為1，轉(zhuǎn)步驟34；當(dāng)小蜂窩基站相鄰用戶數(shù)大于1，轉(zhuǎn)步驟35；

步驟34：小蜂窩基站采用最大比合并MRC接收機(jī)檢測數(shù)據(jù)；

步驟35：判斷小蜂窩基站相鄰用戶數(shù)是否大于天線數(shù)M，當(dāng)相鄰用戶數(shù)大于天線數(shù)，轉(zhuǎn)步驟36；當(dāng)用戶數(shù)小于等于天線數(shù)時，轉(zhuǎn)步驟37；

步驟36：從各小蜂窩基站相鄰的用戶集合中選擇大尺度衰落最大的M個相鄰用戶,則獲得的上行信道矩陣為采用組間迫零接收機(jī)接收數(shù)據(jù)，消除組間最強(qiáng)的M-1個干擾；

步驟37：上行信道矩陣采用組間迫零接收機(jī)接收數(shù)據(jù)，消除所有組間干擾。

4、步驟6中，所述下行自適應(yīng)組間干擾抑制方法，包括如下步驟：

步驟41：以大尺度衰落信道信息的門限標(biāo)準(zhǔn)，確定各小蜂窩基站相鄰的用戶集合

步驟42：每個小蜂窩基站收到導(dǎo)頻信號后，估計服務(wù)用戶以及相鄰用戶的上行信道矩陣轉(zhuǎn)置后得到下行信道矩陣

步驟43：判斷各小蜂窩基站相鄰用戶數(shù)，當(dāng)小蜂窩基站相鄰用戶等于1，轉(zhuǎn)步驟44；當(dāng)小蜂窩基站相鄰用戶大于1，轉(zhuǎn)步驟45；

步驟44：小蜂窩基站采用最大比發(fā)送MRT預(yù)編碼發(fā)送數(shù)據(jù)；

步驟45：判斷小蜂窩基站相鄰用戶數(shù)是否大于天線數(shù)M，當(dāng)相鄰用戶數(shù)大于天線數(shù)，轉(zhuǎn)步驟46；當(dāng)用戶數(shù)小于等于天線數(shù)時，轉(zhuǎn)步驟47；

步驟46：從各小蜂窩基站相鄰的用戶集合中選擇大尺度衰落最大的M個相鄰用戶,獲得的下行信道矩陣為采用組間迫零預(yù)編碼發(fā)送數(shù)據(jù)，消除組間最強(qiáng)的M-1個干擾；

步驟47：下行信道矩陣為采用組間迫零預(yù)編碼發(fā)送數(shù)據(jù)，消除所有組間干擾。

本發(fā)明具有以下有益效果：

1、本發(fā)明利用大尺度信道信息進(jìn)行用戶分組，同一組的用戶可以復(fù)用導(dǎo)頻，可減少中心處理單元所需的回程鏈路開銷，同時減少系統(tǒng)的導(dǎo)頻開銷；

2、本發(fā)明利用大尺度信道信息實施基于導(dǎo)頻復(fù)用的用戶分組方法，計算復(fù)雜度低，可降低導(dǎo)頻污染，提高頻譜效率，適用于各種TDD導(dǎo)頻復(fù)用無線通信系統(tǒng)；

3、本發(fā)明根據(jù)相鄰干擾的強(qiáng)弱自適應(yīng)消除組間干擾，只需要偵聽相鄰組間用戶的導(dǎo)頻獲取信道信息，不需要發(fā)送額外導(dǎo)頻，而且接收和發(fā)送的信號都是在各個小蜂窩基站分布式處理，無需信道信息和數(shù)據(jù)的共享。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

圖1為密集小蜂窩網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模型示意圖；

圖2為密集小蜂窩網(wǎng)絡(luò)用戶分組與自適應(yīng)干擾抑制方法步驟的流程圖；

圖3為密集小蜂窩網(wǎng)絡(luò)基于導(dǎo)頻復(fù)用的用戶分組方法的流程圖；

圖4為密集小蜂窩網(wǎng)絡(luò)上行自適應(yīng)組間干擾抑制方法的流程圖；

圖5為密集小蜂窩網(wǎng)絡(luò)下行自適應(yīng)組間干擾抑制方法的流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

本實施例的密集小蜂窩網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模型如圖1所示，考慮時分雙工(TDD)傳輸方式，假設(shè)一個小區(qū)有N個小蜂窩，每個小蜂窩布設(shè)一個配有M根天線的小蜂窩基站，通過有限容量的回程鏈路連接到中心處理單元。整個小區(qū)同一頻段服務(wù)的用戶數(shù)為K，每個用戶配置單天線且由一個小蜂窩基站服務(wù)。用戶導(dǎo)頻發(fā)送功率為ρ_p，各小蜂窩基站的覆蓋半徑為r。

整個系統(tǒng)由模塊101、模塊102、模塊103和模塊104組成，其中模塊101是小蜂窩基站，主要作用是負(fù)責(zé)信道估計，抑制組間干擾，收發(fā)數(shù)據(jù)；模塊102是用戶終端，主要作用是用戶發(fā)送上行導(dǎo)頻，收發(fā)數(shù)據(jù)的設(shè)備；模塊103是回程鏈路，主要作用是各小蜂窩基站傳送獲取的大尺度衰落信道信息給中心處理單元，中心處理單元發(fā)送信令給各小蜂窩基站；模塊104是中心處理單元，主要作用是負(fù)責(zé)時頻資源、導(dǎo)頻資源以及用戶調(diào)度等。105模塊是由基于導(dǎo)頻復(fù)用的用戶分組方法得到的不同用戶分組，相同樣式圈內(nèi)的用戶表示同一頻段內(nèi)同組用戶，他們使用相同導(dǎo)頻；不同樣式圈內(nèi)的用戶表示不同組用戶，他們使用正交導(dǎo)頻。

本發(fā)明實施例提供了密集小蜂窩網(wǎng)絡(luò)用戶分組與自適應(yīng)干擾抑制方法：

如圖2所示，密集小蜂窩網(wǎng)絡(luò)用戶分組與自適應(yīng)干擾抑制方法包括如下步驟：

步驟201.密集小蜂窩網(wǎng)絡(luò)采用時分雙工(TDD)傳輸模式，各用戶在不同時頻資源周期性地發(fā)送探測信號，各個小蜂窩基站統(tǒng)計接收到的探測信號，獲取各個用戶的大尺度衰落信道信息，通過回傳鏈路傳送給中心處理單元；

步驟202.中心處理單元根據(jù)用戶到各小蜂窩基站的大尺度衰落信道信息確定每個小蜂窩基站服務(wù)的用戶集合。再按照隨機(jī)分配的原則確定在同一頻率資源各個小蜂窩基站服務(wù)一個用戶，在不同頻率資源各個小蜂窩基站服務(wù)不同用戶，則同一頻率資源服務(wù)的用戶集合為相應(yīng)服務(wù)的小蜂窩基站集合為

步驟203.根據(jù)平均每組用戶大尺度衰落比值最大準(zhǔn)則，利用基于導(dǎo)頻復(fù)用的用戶分組方法將同一頻率資源服務(wù)的用戶集合進(jìn)行分組。同一分組的用戶上行使用相同導(dǎo)頻，不同分組的用戶上行使用正交導(dǎo)頻；其他頻率資源服務(wù)的用戶按照步驟203進(jìn)行用戶分組。

步驟204.在導(dǎo)頻發(fā)送階段，各用戶根據(jù)分配的導(dǎo)頻資源，等功率發(fā)送上行導(dǎo)頻。每個小蜂窩基站收到導(dǎo)頻信號后，估計各個用戶的上行信道矢量；

小蜂窩基站SBS_n,接收到的導(dǎo)頻信號為：

其中N_n為加性高斯白噪聲矩陣，其各個元素的均值為零、方差為σ_n。

表示第i組用戶使用的導(dǎo)頻且為正交導(dǎo)頻序號集合。為用戶分組后第i組的用戶集合，該組用戶使用導(dǎo)頻表示第i組的用戶集合的總用戶數(shù)。第i組第k個用戶與小蜂窩基站SBS_n之間的信道矢量為其中表示用戶與小蜂窩基站SBS_n之間的大尺度衰落信道信息，其中表示用戶與小蜂窩基站SBS_n之間距離，η是路徑損耗因子；表示用戶與SBS_n之間快衰落信道矢量，其各個元素是均值為零、方差為1的高斯隨機(jī)變量。

利用線性MMSE估計，得到用戶信道矢量估計值為

MMSE方法為現(xiàn)有技術(shù)，參見文獻(xiàn)：S.M.Kay,Fundamentals of Statistical Signal Processing:Estimation Theory,Englewood Cliffs,NJ:Prentice Hall,1993.

步驟205.在上行數(shù)據(jù)傳輸階段，用戶發(fā)送數(shù)據(jù)給各自小蜂窩基站，每個小蜂窩基站根據(jù)接收到的大尺度衰落信道信息確定相鄰的組間干擾，采用上行自適應(yīng)抑制組間干擾方法，選擇合適的上行線性接收濾波器接收數(shù)據(jù)；

步驟206.在下行數(shù)據(jù)傳輸階段，每個小蜂窩基站根據(jù)接收到的大尺度衰落信道信息確定相鄰的組間干擾，采用下行自適應(yīng)抑制組間干擾方法，選擇合適的下行預(yù)編碼發(fā)送數(shù)據(jù)給各自服務(wù)用戶。

如圖3所示，本發(fā)明實施例提供了密集小蜂窩網(wǎng)絡(luò)基于導(dǎo)頻復(fù)用的用戶分組方法，包括如下步驟：

步驟301：中心處理單元根據(jù)大尺度衰落信道信息β_ni≤(1.5r)^-η的門限標(biāo)準(zhǔn)，確定各個小蜂窩基站在同一頻率資源上相鄰的用戶集合并通過回傳鏈路將用戶集合傳送給各自小蜂窩基站；

步驟302：選擇各小蜂窩基站相鄰的用戶集合用戶數(shù)最多的小蜂窩基站

步驟303：將小蜂窩基站相鄰的各用戶分配到不同用戶組從用戶集合中去掉已分配的用戶

步驟304：從剩余用戶中選擇與所選小蜂窩基站大尺度衰落最小的用戶

步驟305：分別計算用戶q^*與不同組用戶大尺度衰落比值的平均值其中，

表示當(dāng)用戶服務(wù)于小蜂窩基站SBS_n，則它們之間大尺度衰落最大，此時否則

將用戶q^*分配到平均每組用戶大尺度衰落比值最大的那組用戶集合并從用戶集合中去掉已分配的用戶

步驟306：重復(fù)步驟304-305，直到所有用戶被分配完，結(jié)束用戶分組。

如圖4所示，本發(fā)明實施例提供了密集小蜂窩網(wǎng)絡(luò)上行自適應(yīng)干擾抑制方法，包括如下步驟：

步驟401：按照步驟301，以大尺度衰落信道信息β_ni≤(1.5r)^-η的門限標(biāo)準(zhǔn)，確定各小蜂窩基站相鄰的用戶集合

步驟402：按照步驟204，每個小蜂窩基站收到導(dǎo)頻信號后，估計相鄰用戶的上行信道矩陣其中

步驟403：判斷各小蜂窩基站的相鄰用戶數(shù)，當(dāng)小蜂窩基站相鄰用戶數(shù)為1，轉(zhuǎn)步驟404；當(dāng)小蜂窩基站相鄰用戶數(shù)大于1，轉(zhuǎn)步驟405；

步驟404：小蜂窩基站采用最大比合并MRC接收機(jī)檢測數(shù)據(jù)；

步驟405：判斷小蜂窩基站相鄰用戶數(shù)是否大于天線數(shù)M，當(dāng)相鄰用戶數(shù)大于天線數(shù)，轉(zhuǎn)步驟406；當(dāng)用戶數(shù)小于等于天線數(shù)時，轉(zhuǎn)步驟407；

步驟406：從各小蜂窩基站相鄰的用戶集合中選擇大尺度衰落最大的M個相鄰用戶,則獲得的上行信道矩陣為采用組間迫零接收機(jī)消除組間最強(qiáng)的M-1個干擾，檢測數(shù)據(jù)。

步驟407：上行信道矩陣采用組間迫零接收機(jī)消除所有組間干擾，檢測數(shù)據(jù)。

如圖5所示，本發(fā)明實施例提供了密集小蜂窩網(wǎng)絡(luò)下行自適應(yīng)干擾抑制方法，包括如下步驟：

步驟501：按照步驟301，以大尺度衰落信道信息β_ni≤(1.5r)^-η的門限標(biāo)準(zhǔn)，確定各小蜂窩基站相鄰的用戶集合

步驟502：按照步驟204，每個小蜂窩基站收到導(dǎo)頻信號后，估計服務(wù)用戶以及相鄰用戶的上行信道矩陣

轉(zhuǎn)置后得到下行信道矩陣

步驟503：判斷各小蜂窩基站相鄰用戶數(shù)，當(dāng)小蜂窩基站相鄰用戶等于1，轉(zhuǎn)步驟504；當(dāng)小蜂窩基站相鄰用戶大于1，轉(zhuǎn)步驟505；

步驟504：小蜂窩基站采用最大比發(fā)送MRT預(yù)編碼發(fā)送數(shù)據(jù)。

步驟505：判斷小蜂窩基站相鄰用戶數(shù)是否大于天線數(shù)M，當(dāng)相鄰用戶數(shù)大于天線數(shù)，轉(zhuǎn)步驟506；當(dāng)用戶數(shù)小于等于天線數(shù)時，轉(zhuǎn)步驟507；

步驟506：從各小蜂窩基站相鄰的用戶集合V_n,n∈N中選擇大尺度衰落最大的M個相鄰用戶,則獲得的下行信道矩陣為采用組間迫零預(yù)編碼消除組間最強(qiáng)的M-1個干擾，發(fā)送數(shù)據(jù)。

步驟507：下行信道矩陣為采用組間迫零預(yù)編碼消除所有組間干擾，發(fā)送數(shù)據(jù)。

除上述實施例外，本發(fā)明還可以有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。