一種多小區(qū)mimo系統(tǒng)雙層預(yù)編碼方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及多入多出（Multiple Input Multiple Output, ΜΙΜΟ)通信系統(tǒng)，特別 涉及多小區(qū)MIMO系統(tǒng)雙層預(yù)編碼設(shè)計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002] 多小區(qū)MMO系統(tǒng)中，用戶受到的干擾類型和干擾程度不盡相同，用戶可能同時(shí)受 到小區(qū)內(nèi)和小區(qū)間的干擾?？拷^(qū)中心的用戶受到的小區(qū)間干擾較小，可以忽略不計(jì)，而 位于小區(qū)邊緣的用戶受到的小區(qū)間干擾較大，因而在基站端進(jìn)行預(yù)處理的時(shí)候，要區(qū)別中 心用戶和邊緣用戶并分別對(duì)其進(jìn)行干擾抑制，目前在這方面已有大量的方案。
[0003] 其中，一種方案是通過估計(jì)用戶的接收功率值，來預(yù)測(cè)小區(qū)內(nèi)是否存在邊緣用戶； 如果存在，則采用多小區(qū)協(xié)同技術(shù)對(duì)邊緣用戶進(jìn)行干擾抑制；如果不存在，則采用單小區(qū)干 擾抑制技術(shù)。這種方法無需所有相鄰小區(qū)用戶的信道狀態(tài)信息（CSI)，其大大降低了基站間 CSI的交換量。一種方案是基于小區(qū)內(nèi)信漏噪比（SLNR)最大化準(zhǔn)則來消除小區(qū)內(nèi)干擾，并 根據(jù)博弈論原理獲取一定的預(yù)編碼向量來抑制小區(qū)間的干擾。一種方案是在基站發(fā)射端利 用小區(qū)用戶的反饋信息設(shè)計(jì)兩種預(yù)編碼器：一種預(yù)編碼器是以塊對(duì)角化（BD)技術(shù)為基礎(chǔ) 設(shè)計(jì)迫零（ZF)預(yù)編碼器，另一種預(yù)編碼器是基于最小均方差（MMSE)信道反轉(zhuǎn)技術(shù)的MMSE 預(yù)編碼器，用以抑制小區(qū)內(nèi)干擾；在用戶接收端則利用BD技術(shù)尋找接收波束成型向量，以 消除小區(qū)間的干擾。但是以上這些方案對(duì)接收端、發(fā)射端的天線數(shù)目有著嚴(yán)格的限制，空間 自由度不高。
[0004] 基于此，本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有雙層預(yù)編碼方法空間自由度受限這一問題，提出一種將 干擾對(duì)齊技術(shù)與最大化信漏噪比技術(shù)相結(jié)合的多小區(qū)Mnro系統(tǒng)雙層預(yù)編碼方法，其中采 用干擾對(duì)齊抑制技術(shù)進(jìn)行第一層預(yù)編碼以抑制小區(qū)間干擾，利用最大化信漏噪比技術(shù)進(jìn)行 第二層預(yù)編碼以抑制小區(qū)內(nèi)干擾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 發(fā)明目的：提出一種多小區(qū)MMO系統(tǒng)雙層預(yù)編碼方法，針對(duì)系統(tǒng)干擾處理空間自 由度受限問題，采用干擾對(duì)齊技術(shù)和最大化信漏噪比技術(shù)，以抑制干擾。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，其特征包括：
[0007] 雙層預(yù)編碼方法，第一層采用干擾對(duì)齊技術(shù)，以抑制小區(qū)間干擾，第二層采用最大 化信漏噪比，以抑制小區(qū)內(nèi)干擾。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)方案：
[0009] 系統(tǒng)模型如附圖1所示，假設(shè)共有C個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)內(nèi)共有B用戶，基站端的發(fā) 射天線數(shù)為Μ，用戶端接收天數(shù)為Ν。首先獲得信道矩陣，具體地，基站j對(duì)用戶（k，i)發(fā)送 源數(shù)據(jù)信息后，用戶（k，i)估計(jì)每個(gè)基站的每根天線到自身的CSI，然后用戶（k，i)將CSI 反饋給基站，基站依據(jù)CSI獲得，其中，用戶（k，i)是第k個(gè)小區(qū)中得第i個(gè) 用戶，Hf表示基站j到用戶（k，i)的信道矩陣，M和N分別是發(fā)射天線數(shù)、接收天線數(shù)， i e {1，2, · · ·，B}，k e {1，2, · · ·，C}，j e {1，2, · · ·，C}。假設(shè)信道經(jīng)歷時(shí)間和頻率平穩(wěn)衰 落，每個(gè)元素相互獨(dú)立且滿足（0, 1)的復(fù)高斯分布。
[0010] 優(yōu)化信道矩陣：計(jì)算原Hfj ，每列的F范數(shù)，選出F范數(shù)最大的D(M > D彡N)列構(gòu)成新的矩陣Tf β
[0011] 方法具體的過程是：
[0012] ①根據(jù)預(yù)估得到的信道矩陣，計(jì)算出基站j e {1，2, ...，C}中每根發(fā)射天線到用 戶（k，i)所有接收天線的信道衰落系數(shù)的F范數(shù)：
[0013? 0)
[0014] 其中Hfjrf表示信道矩陣Hf >第d列，M · I If表示矩陣的F范數(shù)。
[0015] ②再定義兩個(gè)集合Sj= {1，2, . . .，M}和s j (初始化為空集），分別初始化基站k的 發(fā)射天線集合和選出的發(fā)射天線集合。比較計(jì)算出的信道矩陣各列F范數(shù)的大小，要求尋 找的目標(biāo)天線必須滿足公式：
[0016] (2)
[0017] 當(dāng)選出目標(biāo)天線s時(shí)，便從Sj中去除s，同時(shí)將s添加到s ^中，直到選出了 D根發(fā) 射天線，此刻選出的發(fā)射天線集合為8]= {1，2，...，0}，是基站」初始化發(fā)射天線集合5] ={1，2，···，Μ}的一個(gè)子集。
[0018] ③C個(gè)小區(qū)的基站進(jìn)行天線選擇后構(gòu)成一個(gè)天線集合…，心}，知道集合 M后，可以確定出各基站j到用戶的信道矩陣Tf ，其表示當(dāng)天線選擇集合為s]時(shí)小 區(qū)j到用戶（k，i)的信道矩陣。
[0019] ④假設(shè)基站k為用戶（k，i)設(shè)定的預(yù)編碼矩陣為，i e {1，2, . . .，B}， k e {1，2,...，C}，η是基站發(fā)送的通信數(shù)據(jù)數(shù)目，n = D/2 ;Sfcl)為nX 1維數(shù)原通信數(shù)據(jù)， 則用戶（k，i)接收到的信號(hào)為：
[0020] (3)
[0021] 其中，等式中第一項(xiàng)表示用戶（k，i)接收到的期望信號(hào)，第二項(xiàng)表示小區(qū)內(nèi)干擾 信號(hào)，第三項(xiàng)表示小區(qū)間干擾信號(hào)，第四項(xiàng)N fcl)表示滿足（0，1)的加性高斯白噪聲。
[0022] 同時(shí)劃分用戶，一般按照用戶到基站的距離或者用戶受到的小區(qū)間干擾程度來劃 分。設(shè)定距離門闕值，當(dāng)用戶與基站的距離較近時(shí)，其它基站對(duì)本小區(qū)用戶造成的干擾，認(rèn) 為是噪聲，此時(shí)的用戶為中心用戶；當(dāng)用戶與基站的距離大于門闕值時(shí)，用戶接收到的鄰基 站信號(hào)與本小區(qū)信號(hào)相差無幾，此時(shí)的用戶為邊緣用戶。或者設(shè)置一個(gè)用戶臨界的干擾功 率門闕值，當(dāng)用戶受到的干擾功率小于門闕值時(shí)，用戶為中心用戶，反之為邊緣用戶。最后 進(jìn)行干擾抑制。
[0023] 第一層預(yù)編碼采用干擾對(duì)齊技術(shù)處理小區(qū)間干擾。干擾對(duì)齊技術(shù)抑制干擾的基本 思想是：將接收信號(hào)空間化分為期望信號(hào)和非期望信號(hào)兩個(gè)相互獨(dú)立的子空間，通過基站 端的預(yù)處理，將來自發(fā)射機(jī)的干擾信號(hào)限制在非期望信號(hào)子空間，接收端通過簡(jiǎn)單的ZF準(zhǔn) 則處理，就可以完全抑制干擾；接收機(jī)則在期望信號(hào)子空間獲取有用信號(hào)，而不會(huì)受到干擾 信號(hào)的影響。
[0024] 具體的第一層預(yù)編碼過程如下：
[0025] 假設(shè)信道矩陣Tfd和預(yù)編碼矩陣V:均是滿秩的。系統(tǒng)模型如附圖2所示，為了 簡(jiǎn)便，簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型，假設(shè)C = 5,且每個(gè)小區(qū)內(nèi)的每個(gè)基站只服務(wù)一個(gè)用戶。此時(shí)，簡(jiǎn)寫信 道矩陣為Tη，其表示基站j到用戶i的CSI。
[0026] 基于干擾對(duì)齊技術(shù)的基本思想，必須滿足的對(duì)齊條件為：
[0027] 移動(dòng)用戶 MS1 處，span (T 12V2) = Span(T13V3) = Span(T14V4) = Span(T15V5) (4)
[0028] 移動(dòng)用戶 MS2處，span (T JilV1) = Span(T23V3) = Span(T24V4) = Span(T25V5) (5)
[0029] 移動(dòng)用戶 MS3處，span (T J1) = Span(T32V2) = Span(T34V4) = Span(T35V5) (6)
[0030] 移動(dòng)用戶 MS4處，span (T ^11V1) = Span(T42V2) = Span(T43V3) = Span(T45V5) (7)
[0031] 移動(dòng)用戶 MS5處，span (T JjlV1) = Span(T52V2) = Span(T53V3) = Span(T54V4) (8)
[0032] 其中，span⑴表示矩陣X的列向量所張成的空間，V V2、V3、V4、^分別表示基站 1、2、3、4、5為對(duì)應(yīng)用戶設(shè)置的預(yù)編碼矩陣。對(duì)上述等式分別簡(jiǎn)化得到：
[0033] T12V2= T 13V3= T 14V4= T 15V5 (9)
[0034] T21V1=T23V3=T24V 4=T25V5 (10)
[0035] T31V1=T32V2=T34V 4=T35V5 (11)
[0036] T41V1=T42V2=T43V 3=T45V5 (12)
[0037] T51V1=T52V2=T53V 3=T54V4 (13)
[0038] 弓丨入矩陣G1，使得等式Span(V1) = Span(G1V1)成立，用V1表示V 2、V3、V4、V5,得等 式：
[0039] (14)
[0040] (15)
[0041] (16)
[0042] (17)
[0043] 解揭
叚設(shè)gi，g2, g3, g4,…，gD是矩陣G丨的特征 向量，則^^可以表示為任意D/2個(gè)特征向量，有：
[0044] V1= [g !, g2, g3, g4, . . . , gD/2] (18)
[0045] 同理可以得到V2、V3、V4、V 5。干擾信號(hào)已經(jīng)限制在非期望信子空間，在接收端設(shè)計(jì) 干擾抑制矩陣Wfcl)e CNXn，使得非期望信號(hào)落到期望信號(hào)子空間的零空間內(nèi)，從而完全消 除小區(qū)間干擾。
[0046] ff(k, ^=HUll [(TniVn)H, (TniVn)