本發(fā)明涉及一種分布式多輸入多輸出-正交頻分復(fù)用(MIMO-OFDM)系統(tǒng)中的下行協(xié)作波束成形方法，屬于移動(dòng)通信、干擾抑制、數(shù)字信號(hào)處理等技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

為了在多小區(qū)分布式多輸入多輸出-正交頻分復(fù)用(MIMO-OFDM)系統(tǒng)中抑制小區(qū)間干擾，協(xié)作波束成形技術(shù)被提出，它是通過(guò)多小區(qū)基站與用戶之間的協(xié)作和MIMO空分復(fù)用來(lái)實(shí)現(xiàn)小區(qū)間干擾抑制，是一種有效提升小區(qū)系統(tǒng)吞吐率、保持基站間較小的數(shù)據(jù)量反饋和交互負(fù)擔(dān)、具有較好的分布性的干擾抑制技術(shù)。而協(xié)作迫零波束成形技術(shù)由于較低的運(yùn)算復(fù)雜度，對(duì)于基于MIMO-OFDM的第四代移動(dòng)通信具有重要意義。

當(dāng)前協(xié)作迫零波束成形方法主要關(guān)注于在基站天線數(shù)不小于系統(tǒng)總協(xié)作用戶數(shù)的條件下的多小區(qū)場(chǎng)景，這些方法對(duì)于總協(xié)作用戶數(shù)大于基站天線數(shù)的系統(tǒng)則很難執(zhí)行。對(duì)于已有的基于總協(xié)作用戶數(shù)大于基站天線數(shù)條件的協(xié)作迫零波束成形方法，雖然可以通過(guò)使干擾信道與有效信道之間保持弱相關(guān)性來(lái)實(shí)現(xiàn)小區(qū)間干擾抑制，但是這些方法僅關(guān)注每個(gè)小區(qū)只有一個(gè)協(xié)作用戶的場(chǎng)景，對(duì)于每小區(qū)多個(gè)協(xié)作用戶的場(chǎng)景則沒(méi)有討論。在實(shí)際中，總協(xié)作用戶數(shù)大于基站天線數(shù)和每小區(qū)存在多個(gè)協(xié)作用戶是經(jīng)常同時(shí)存在的場(chǎng)景條件，需要針對(duì)此兩個(gè)條件提出新的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于正交投影算子的下行協(xié)作迫零波束成形方法，利用正交投影算子，得到每一個(gè)下行信道向量到其余下行信道向量的正交投影長(zhǎng)度之和，并通過(guò)最大投影長(zhǎng)度和準(zhǔn)則來(lái)選擇參與迫零算法的用戶，進(jìn)而得到實(shí)現(xiàn)小區(qū)間干擾抑制的下行協(xié)作波束成形向量，提高小區(qū)吞吐率。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案包括以下步驟：

步驟1，確定參與協(xié)作的K個(gè)協(xié)作小區(qū)的基站BS_k，k＝1,…,K，每個(gè)協(xié)作小區(qū)的協(xié)作用戶數(shù)均是M個(gè)，小區(qū)k的M個(gè)協(xié)作用戶分別為k(1)…k(m)…k(M)，由基站BS_k服務(wù)，k(m)是目標(biāo)用戶；每個(gè)基站有N_t個(gè)發(fā)送天線，每個(gè)用戶有1個(gè)接收天線；設(shè)置空集合和

步驟2，基站BS_k通過(guò)上、下信道的互易性，得到BS_k到本小區(qū)用戶k(i)的信道狀態(tài)向量和BS_k到其他基站BS_f服務(wù)的同頻用戶f(j)的信道狀態(tài)向量i＝1,…,M，f＝1,…,K，f≠k，j＝1,…,M，除之外的信道向量構(gòu)成下行信道集合

然后對(duì)該集合中的信道向量按照其在Ω中的順序重新標(biāo)號(hào)，即

步驟3，當(dāng)N_t≥KM，將Ω中用戶所對(duì)應(yīng)的信道以及構(gòu)建矩陣H_Ω，然后進(jìn)行執(zhí)行迫零運(yùn)算，就是基站BS_k針對(duì)目標(biāo)用戶k(m)的協(xié)作波束成形向量；

步驟4，當(dāng)N_t<KM-1，基站BS_k計(jì)算到其余信道向量的正交投影長(zhǎng)度之和其中g(shù)＝1,...,KM-1，g≠n，正交投影算子-1代表矩陣的偽逆運(yùn)算，H代表矩陣的共軛轉(zhuǎn)置運(yùn)算；

之后將S_n存入集合Φ中；

同理，基站BS_k計(jì)算Ω中每一個(gè)信道向量到其余信道向量的正交投影長(zhǎng)度之和S_l，l＝1,...,KM-1，然后構(gòu)成集合Φ＝{S₁,...,S_n,...,S_KM-1}；

步驟5，基站BS_k從集合Φ中選出最大值項(xiàng)，并將該最大值項(xiàng)所對(duì)應(yīng)的用戶記為存入Ψ，然后將從Ω中刪除，并且將集合Φ置空；

步驟6，基站BS_k計(jì)算Ω中每一個(gè)信道向量到Ω中其余信道向量的正交投影長(zhǎng)度之和，然后構(gòu)成集合Φ＝{S₁,....S_KM-2}，再?gòu)募夕抵羞x出最大值項(xiàng)，并將其對(duì)應(yīng)的用戶記為存入Ψ，然后將從Ω中刪除，并且將集合Φ置空；重復(fù)本步驟，選出N_t-2個(gè)參與迫零的用戶得到參與迫零算法的用戶集合

步驟7將Ψ中用戶所對(duì)應(yīng)的信道以及構(gòu)建矩陣H_Ψ，

然后進(jìn)行執(zhí)行迫零運(yùn)算，就是基站BS_k針對(duì)目標(biāo)用戶k(m)的下行協(xié)作波束成形向量。

本發(fā)明的有益效果是：針對(duì)基站天線數(shù)小于系統(tǒng)總用戶數(shù)和每小區(qū)多用戶同時(shí)存在的場(chǎng)景，本發(fā)明利用正交投影算子可以準(zhǔn)確地表示信道向量之間的近似度，從而有效選擇出與其余信道向量最近似的信道向量，可以直接消除參與迫零算法的用戶之間的干擾，而且使不能參與迫零算法的用戶所遭受的干擾得到抑制，提高小區(qū)系統(tǒng)的吞吐率，并且投影算子可以重復(fù)使用，可以有效減少運(yùn)算復(fù)雜度。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明下行協(xié)作迫零波束成形過(guò)程示意圖。

圖2是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種基于正交投影算子的下行協(xié)作迫零波束成形方法。核心思想是利用正交投影算子，得到每一個(gè)下行信道向量到其余下行信道向量的投影長(zhǎng)度之和，通過(guò)循環(huán)計(jì)算投影長(zhǎng)度之和，選擇出參與迫零算法的用戶，進(jìn)而得到實(shí)現(xiàn)小區(qū)間干擾抑制的下行協(xié)作波束成形向量，提高小區(qū)吞吐率。

本發(fā)明包括以下步驟：

步驟1：初始化，確定參與協(xié)作的基站和用戶。確定參與協(xié)作的K個(gè)協(xié)作小區(qū)的基站BS_k，k＝1,…,K，每個(gè)協(xié)作小區(qū)的協(xié)作用戶數(shù)均是M個(gè)，小區(qū)k的M個(gè)協(xié)作用戶分別為k(1)…k(m)…k(M)，由基站BS_k服務(wù)，k(m)是目標(biāo)用戶。每個(gè)基站有N_t個(gè)發(fā)送天線，每個(gè)用戶有1個(gè)接收天線。設(shè)置空集合和

步驟2：基站獲得其到所有協(xié)作用戶的下行信道向量。基站BS_k通過(guò)上、下信道的互易性，得到BS_k到本小區(qū)用戶k(i)的信道狀態(tài)向量i＝1,…,M和BS_k到其他基站BS_f服務(wù)的同頻用戶f(j),f＝1,…,K,f≠k,j＝1,…,M的信道狀態(tài)向量除之外的信道向量構(gòu)成下行信道集合為

然后對(duì)該集合中的信道向量按照其在Ω中的順序重新標(biāo)號(hào)，即

步驟3：當(dāng)N_t≥KM，直接進(jìn)行迫零算法。將Ω中用戶所對(duì)應(yīng)的信道以及構(gòu)建矩陣H_Ω，即

然后進(jìn)行執(zhí)行迫零運(yùn)算，即

就是基站BS_k針對(duì)目標(biāo)用戶k(m)的協(xié)作波束成形向量。

步驟4：當(dāng)N_t<KM-1，基站計(jì)算每一個(gè)信道向量到其余信道向量的投影長(zhǎng)度之和?；綛S_k計(jì)算到其余信道向量g＝1,...,KM-1,g≠n的正交投影長(zhǎng)度之和S_n，即

其中P_g是正交投影算子，

公式(2)中-1代表矩陣的偽逆運(yùn)算，H代表矩陣的共軛轉(zhuǎn)置運(yùn)算。

之后將S_n存入集合Φ中。

同理，基站BS_k計(jì)算Ω中每一個(gè)信道向量到其余信道向量的正交投影長(zhǎng)度之和S_l,l＝1,...,KM-1，然后構(gòu)成集合Φ＝{S₁,...,S_n,...,S_KM-1}。

由于進(jìn)行迫零運(yùn)算的前提條件是信道向量數(shù)要不大于發(fā)送天線數(shù)，除去必須參與迫零運(yùn)算的目標(biāo)用戶對(duì)應(yīng)的信道還需要選擇N_t-1個(gè)用戶。

步驟5：選擇出第一個(gè)參與迫零的用戶?；綛S_k從集合Φ中選出最大值項(xiàng)，并將該最大值項(xiàng)所對(duì)應(yīng)的用戶記為存入Ψ，即，然后將從Ω中刪除，即并且將集合Φ置空，即

步驟6：選擇出N_t-2個(gè)參與迫零的用戶。按照公式(1)，基站BS_k計(jì)算Ω中每一個(gè)信道向量到Ω中其余信道向量的正交投影長(zhǎng)度之和，然后構(gòu)成集合Φ＝{S₁,....S_KM-2}，再?gòu)募夕抵羞x出最大值項(xiàng)，并將其對(duì)應(yīng)的用戶記為存入Ψ，即，然后將從Ω中刪除，即并且將集合Φ置空，即將上述本步驟的內(nèi)容循環(huán)，選出N_t-2個(gè)參與迫零的用戶則可得到參與迫零算法的用戶集合

步驟7：基站BS_k執(zhí)行迫零算法，得到針對(duì)目標(biāo)用戶k(m)的波束成形向量。將Ψ中用戶所對(duì)應(yīng)的信道以及構(gòu)建矩陣H_Ψ，即

然后進(jìn)行執(zhí)行迫零運(yùn)算，即

就是基站BS_k針對(duì)目標(biāo)用戶k(m)的下行協(xié)作波束成形向量。

以下結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明基于正交投影算子的下行協(xié)作迫零波束成形技術(shù)作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

參照?qǐng)D1，描述了基于正交投影算子的下行協(xié)作迫零波束成形方法的總體流程，首先初始化，確定參與協(xié)作傳輸?shù)男^(qū)基站和用戶，然后基站獲得其到所有協(xié)作用戶的下行信道向量，并計(jì)算每一個(gè)下行信道向量到其余下行信道向量的正交投影長(zhǎng)度之和，接著選擇最大和值對(duì)應(yīng)的用戶去參與迫零運(yùn)算，通過(guò)循環(huán)計(jì)算正交投影長(zhǎng)度之和，選擇出N_t-1個(gè)用戶參與迫零運(yùn)算，最后得到基站針對(duì)目標(biāo)用戶的下行協(xié)作波束成形向量。

為簡(jiǎn)化分析，本實(shí)例系統(tǒng)包含兩個(gè)小區(qū)K＝2，如圖2所示，其基站分別為BS₁和BS₂，每小區(qū)用戶數(shù)M＝6，分別為1(1)…1(6)2(1)…2(6)。各個(gè)小區(qū)基站發(fā)端天線數(shù)N_t為4，用戶收端天線數(shù)為1，系統(tǒng)中信道相互獨(dú)立等概產(chǎn)生，代表從BS₁到用戶1(2)的下行信道，各用戶間是等功率發(fā)送信號(hào)，如圖2所示，設(shè)用戶1(2)是目標(biāo)用戶，具體操作時(shí)：

步驟1：基站BS₁設(shè)置空集合和

步驟2：基站BS₁得到BS₁到小區(qū)1和小區(qū)2所有用戶的下行信道狀態(tài)向量，構(gòu)成信道集合且

然后對(duì)該集合中的信道向量按照其在Ω中的順序重新標(biāo)號(hào)，即

步驟3：基站計(jì)算每一個(gè)信道向量到其余信道向量的投影長(zhǎng)度之和。對(duì)于Ω中的每一個(gè)信道向量，其到其余信道向量的投影長(zhǎng)度之和分別為

其中P_g由公式(2)所得

然后構(gòu)成集合Φ＝{S₁,...,S₁₁}，需要選擇3個(gè)參與迫零的用戶。

步驟4：選擇第一個(gè)參與迫零的用戶?；綛S₁從集合Φ中選出最大值項(xiàng)，記為S_max，并將其對(duì)應(yīng)的用戶記為存入Ψ，即，

然后將從Ω中刪除，即并且將集合Φ置空，即

步驟5：選擇第二個(gè)參與迫零的用戶。按照公式(1)，基站BS₁計(jì)算Ω中每一個(gè)信道向量到Ω中其余信道向量的投影長(zhǎng)度之和，然后構(gòu)成集合Φ＝{S₁,....S₁₀}，再?gòu)募夕抵羞x出最大值項(xiàng)，并將其對(duì)應(yīng)的用戶記為存入Ψ，即，然后將從Ω中刪除，即并且將集合Φ置空，即

步驟6：選擇第三個(gè)參與迫零的用戶。按照公式(1)，基站BS₁計(jì)算Ω中每一個(gè)信道向量到Ω中其余信道向量的投影長(zhǎng)度之和，然后構(gòu)成集合Φ＝{S₁,....S₉}，再?gòu)募夕抵羞x出最大值項(xiàng)，并將其對(duì)應(yīng)的用戶記為存入Ψ，即，得到參與迫零算法的用戶集合

步驟7：基站BS₁執(zhí)行迫零算法，得到針對(duì)目標(biāo)用戶k(m)的波束成形向量。將Ψ中用戶所對(duì)應(yīng)的信道構(gòu)建矩陣H_Ψ，即

然后進(jìn)行執(zhí)行迫零運(yùn)算，即

就是基站BS₁針對(duì)目標(biāo)用戶1(2)的下行協(xié)作波束成形向量。

以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求記載的技術(shù)方案及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)，這些基于本發(fā)明思想的修改和改變?nèi)栽诒景l(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。