一种多小区大规模MIMO系统中的干扰消除和天线优化方法技术方案

本发明专利技术请求保护一种多小区大规模MIMO系统中的干扰消除和天线优化方法，本发明专利技术提出一种结合联合空分复用和天线选择的干扰对齐方法，用户端设计联合接收滤波器矩阵，压缩干扰空间并克服用户终端天线数随用户数增加而导致的快速增长；基站端采用低复杂度的天线选择算法，选择合适的信道矢量，使其信道协方差矩阵主特征值数与已选择天线数之间满足一定的关系，从而更好实现干扰对齐与联合空分复用的结合。理论分析与仿真结果表明，采用本发明专利技术提出的结合联合空分复用和天线选择的干扰对齐方法，可以消除系统干扰，当用户数较大时，降低基站端与用户端所需天线数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及涉及无线通信多小区大规模MIMO系统领域，尤其涉及多小区干扰消除技术。
技术介绍
大规模MIMO技术通过在基站部署大规模的天线阵，可以显著提高系统频谱效率[Lu L,Li G Y,Swindlehurst A L,et al.An overview of massive MIMO:Benefits and challenges[J].Selected Topics in Signal Processing,IEEE Journal of,2014,8(5):742-758.]，而在多小区大规模MIMO系统组网时，干扰一直是限制系统性能最主要的因素之一。干扰对齐技术通过发射端预处理，将来自不同发射端的干扰信号在接收端的有限维空间上进行对齐，以压缩干扰所占空间，并保证期望信号空间线性独立于干扰信号空间，这样接收端只需要简单的线性处理就能消除已经对齐的干扰。然而，干扰对齐直接应用于大规模MIMO技术复杂度较高，且性能较差[El Ayach O,Peters S W,Heath R.The practical challenges of interference alignment[J].IEEE Wireless Communications,2013,20(1):35-42.]。联合空分复用技术[Adhikary A,Nam J,Ahn J Y,et al.Joint spatial division and multiplexing—the large-scale array regime[J].Information Theory,IEEE Transactions on,2013,59(10):6441-6463.]利用有限的信道状态信息，来实现大规模MIMO的性能增益，在单蜂窝小区中，通过两级预编码处理，在消除系统干扰的同时，可以有效降低获取信道状态信息的开销。大规模MIMO系统相比传统MIMO系统基站天线数高出1～2个数量级，尽管系统容量及能量效率得到提升，但所产生的射频(Radio Frequency,RF)链路数也急剧增加，其带来的电路损耗也会不断增加。另外，干扰对齐所需收发两端的天线数会随干扰用户数量的增加而增加，纯粹的干扰对齐方案难以应用于大规模MIMO系统，因此，需要进一步采取措施减少系统所需天线数。
技术实现思路
本专利技术旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种以消除系统干扰、降低基站端与用户端所需天线数的多小区大规模MIMO系统中的干扰消除和天线优化方法。本专利技术的技术方案如下：一种多小区大规模MIMO系统中的干扰消除和天线优化方法，其包括以下步骤：101、用户首先通过上行链路将自己的地理几何信息发送给基站，基站转发给远端的基带处理器，基带处理器据此求得信道协方差矩阵，然后基站发送导频序列给用户，用户通过导频序列检测信道状态信息，根据信道协方差矩阵及干扰对齐算法设计联合接收滤波器矩阵，并构造联合等效接收滤波器矩阵；102、根据所求联合接收滤波器矩阵，通过迫零算法求得用于消除小区间干扰和分组间干扰的联合一阶预编码矩阵；103、根据所求JRF与步骤102所求联合一阶预编码矩阵，通过最小均方误差算法求得用于消除用户间干扰的二阶预编码矩阵；104、基站端进行天线选择，给出天线选择的两个准则；105、根据步骤104基站端所给出的天线选择准则，求出优选天线选择配置。进一步的，步骤101中根据信道协方差矩阵及干扰对齐算法设计联合接收滤波器矩阵，并构造联合等效接收滤波器矩阵具体为：为每个用户组设计联合接收滤波器矩阵U[g,i]，定义联合等效接收滤波器矩阵为：其中，表示等效符号，U[g,j]为小区j中第g个用户组的联合接收滤波器矩阵，为小区j中第g个用户组的联合等效接收滤波器矩阵，W[g,j],l为基站l到小区j中第g个用户组的小尺度衰落矩阵，Λ[g,j],l为信道协方差矩阵非零特征值组成的对角阵，为保证联合接收滤波器矩阵U[g,j]有解，W[g,j],l为方阵，满足条件r＝KNr/2。K表示每小区用户数，Nr表示用户端天线数，r表示主特征值数。进一步的，步骤101中采用干扰对齐算法使基站l对用户组[g,j]和用户组[g′,j]的干扰对齐在一个子空间，即： s p a n ( ( U ~ [ g , j ] ) H ( F [ g , j ] , l ) H ) = s p a n ( ( U ~ [ g , j ] ) H ( F [ g , j ] , l ) H ) - - - ( 1 ) ]]>span表示括号内矩阵的列向量生成的生成子空间，(F[g,j],l)表示主特征值对应特征向量组成的特征模矩阵。式(1)可以变换为： I N 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多小区大规模MIMO系统中的干扰消除和天线优化方法，其特征在于，包括以下步骤：101、用户首先通过上行链路将自己的地理几何信息发送给基站，基站转发给远端的基带处理器，基带处理器据此求得信道协方差矩阵，然后基站发送导频序列给用户，用户通过导频序列检测信道状态信息，根据信道协方差矩阵及干扰对齐算法设计联合接收滤波器矩阵JRF，并构造联合等效接收滤波器矩阵；102、根据所求联合接收滤波器矩阵，通过迫零算法求得用于消除小区间干扰和分组间干扰的联合一阶预编码矩阵；103、根据所求JRF与步骤102所求联合一阶预编码矩阵，通过最小均方误差算法求得用于消除用户间干扰的二阶预编码矩阵；104、基站端进行天线选择，给出天线选择的两个准则；105、根据步骤104基站端所给出的天线选择准则，求出优选天线选择配置。

【技术特征摘要】
1.一种多小区大规模MIMO系统中的干扰消除和天线优化方法，其特征在于，包括以下步骤：101、用户首先通过上行链路将自己的地理几何信息发送给基站，基站转发给远端的基带处理器，基带处理器据此求得信道协方差矩阵，然后基站发送导频序列给用户，用户通过导频序列检测信道状态信息，根据信道协方差矩阵及干扰对齐算法设计联合接收滤波器矩阵JRF，并构造联合等效接收滤波器矩阵；102、根据所求联合接收滤波器矩阵，通过迫零算法求得用于消除小区间干扰和分组间干扰的联合一阶预编码矩阵；103、根据所求JRF与步骤102所求联合一阶预编码矩阵，通过最小均方误差算法求得用于消除用户间干扰的二阶预编码矩阵；104、基站端进行天线选择，给出天线选择的两个准则；105、根据步骤104基站端所给出的天线选择准则，求出优选天线选择配置。2.根据权利要求1所述的多小区大规模MIMO系统中的干扰消除和天线优化方法，其特征在于，步骤101中根据信道协方差矩阵及干扰对齐算法设计联合接收滤波器矩阵，并构造联合等效接收滤波器矩阵具体为：为每个用户组设计联合接收滤波器矩阵U[g,i]，定义联合等效接收滤波器矩阵为：其中，表示等效符号，U[g,j]为小区j中第g个用户组的联合接收滤波器矩阵，为小区j中第g个用户组的联合等效接收滤波器矩阵，W[g,j],l为基站l到小区j中第g个用户组的小尺度衰落矩阵，Λ[g,j],l为信道协方差矩阵非零特征值组成的对角阵，为保证联合接收滤波器矩阵U[g,j]有解，W[g,j],l为方阵，满足条件r＝KNr/2，K表示每小区用户数，Nr表示用户端天线数，r表示主特征值数。3.根据权利要求1所述的多小区大规模MIMO系统中的干扰消除和天线优化方法，其特征在于，步骤101中采用干扰对齐算法使基站l对用户组[g,j]和用户组[g′,j]的干扰对齐在一个子空间，即： s p a n ( ( U ~ [ g , j ] ) H ( F [ g , j ] , l ) H ) = s p a n ( ( U ~ [ g , j ] ) H ( F [ g , j ] , l ) H ) - - - ( 1 ) ]]>span表示括号内矩阵的列向量生成的生成子空间，(F[g,j],l)表示主特征值对应特征向量组成的特征模矩阵；式(1)可以变换为： I N s - F [ g , j ] , l 0 N s × r I N s 0 N s × r - F [ g ′ , j ] , l h I G I j U ~ [ g , j ] U ~ [ g ′ , j ] = 0 - - - ( 2 ) ]]>其中，表示维度为Ns的单位阵，表示维度为Ns×r的零矩阵，hIGIj表示基站l对小区j内用户组的干扰经对齐后形成的子空间，为保证矩阵有解，需满足条件即4.根据权利要求1或2或3所述的多小区大规模MIMO系统中的干扰消除和天线优化方法，其特征在于，所述步骤102的联合一阶预编码矩阵具体为：小区j内第g个用户组的一阶预编码矩阵为： V [ g , j ] ⋐ n u l l ( ( U [ g ′ , j ] ) H ( W [ g ′ , j ] , j ) H ( Λ [ g ′ , j ] , j ) 1 2 ( F [ g &p...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢显中，葛振涛，雷维嘉，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50