基于多小区多用户协作通信的干扰对齐方法技术

本发明专利技术公开了一种多小区多用户协作通信的干扰对齐方法，主要解决现有技术通信系统容量低、复杂度高的问题。其实现方案是：1.获取每个小区中的边缘用户数目；2.根据边缘用户数目，为每个小区选择不进行干扰对齐用户；3.随机产生每个小区中的不进行干扰对齐用户的接收滤波矩阵；4.根据进行干扰对齐用户的接收滤波矩阵，设计基站端的辅助预编码；5.根据辅助预编码，设计进行干扰对齐用户的接收滤波矩阵；6.根据用户的接收滤波矩阵，计算每个基站端的预编码矩阵；7.根据预编码矩阵和接收滤波矩阵，在收发两端进行数据传输,以消除掉干扰。本发明专利技术具有通信系统容量大、复杂度低的优点，可用于多小区多用户协作通信场景。

Interference alignment method based on multi cell multi-user cooperative communication

The invention discloses an interference alignment method for multi cell multi-user cooperative communication, which mainly solves the problems of low capacity and high complexity of the prior art communication system. The solution is: 1 to obtain the number of edge users in each cell; 2 according to the number of edge users, choose not to carry out user interference alignment for each cell; 3 randomly generated in each cell does not receive filter matrix interference alignment of the user; according to the 4 interference filter matrix for receiving user Qi, auxiliary pre encoding design the base station; 5 according to the design of auxiliary pre encoding, receive filter matrix interference alignment of the user; 6 according to the received user filter matrix, calculated for each base station precoding matrix; 7 according to the pre encoding matrix and the receive filter matrix, data transmission between the transmitter and receiver, to eliminate interference. The invention has the advantages of large communication system capacity and low complexity, and can be used for multi cell multi-user cooperative communication scenarios.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于通信
，进一步涉及干扰对齐方法。本专利技术可用于多小区多用户协作通信场景。
技术介绍
干扰对齐技术作为一种新型的干扰消除技术，能够完全消除小区间ICI及用户间IUI的干扰，抑制接收端非期望信号的影响，提高系统的频谱利用率及网络容量，受到广泛关注及研究。干扰对齐技术通过在发送端设计预编码矩阵，使信号在经过无线信道传输到达接收端以后，所有的干扰信号能够对齐到一个维度较小的接收子空间里以减少干扰空间的维度，并且使期望信号在一个与之线性无关的子空间里，从而有更多的维度用来传输期望信号，使期望信号的自由度尽量大。但是传统的干扰对齐技术的可达自由度小于相同天线配置下TDMA方案的可达自由度，且收发两端对天线数量需求大，应用场景有限。针对上述缺陷，JieTang(fromtheUniversityofBristol,UK)在其论文“InterferencealignmenttechniquesforMIMOmulti-cellinterferingbroadcastchannels”中提出了一种适用于多小区多用户场景的干扰对齐方案。该方案能在不需要进行符号扩展的情况下提高干扰对齐方案的可达自由度。另外，该方案也突破了传统的干扰对齐技术对用户数和基站数的限制，扩大了干扰对齐技术的应用范围。但是，该方案却需要在用户端配置大量的天线，这与现实不符。对此，北京邮电大学的靳进在其论文“无线通信系统中干扰对齐技术的研究”中提出了一种改进的干扰对齐方案。该方案通过巧妙的设计用户的接收滤波矩阵和基站端的预编码矩阵，使得在收发两端天线数目使用最少的情况下，也能满足干扰对齐的应用条件，从而降低系统的误码率及用户端的天线数量、并提高了系统的容量。该方案的不足之处是：该方案对系统中收发两端的天线数目有着严格的规定，且对于每一个进行干扰对齐处理的用户而言，均需要按照一定的规则计算其接收滤波矩阵，复杂度较高。除此之外，该方法虽然使用的总的天线数目最少，但是系统的总的容量却和每个小区中所选择的未对齐用户的数目有着直接关系，相比传统干扰抑制而言，采用方法的通信系统的总容量提升的并不是非常明显。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种基于协作通信的干扰对齐方法，从而进一步提升通信系统的容量，降低系统的复杂度。为实现上述目的，本专利技术技术方案包括如下：(1)获得每个小区中的边缘用户数：1a)测量每个小区中的用户i到当前服务小区的参考信号接收功率1b)测量用户i到自己所有相邻小区的参考信号接收功率，记最大的参考信号接收功率值为1c)设定一个门限值Rt，当用户i满足时，则将该用户视为该小区的边缘用户，否则，视为该小区的中心用户；1d)统计每个小区满足的用户数量，得到该小区的边缘用户数目；(2)为每个小区选择不进行干扰对齐用户：2a)根据步骤(1)中测得的每个小区中的边缘用户数目，对每个小区按照边缘用户数目从少到多的顺序进行编号，假设排序后的小区编号为1、2、…、L，L为小区的总数目；2b)从1、2、…、L号小区中分别选出不进行干扰对齐用户数依次为λ1、λ2、…、λL，且λ1≤λ2≤…≤λL，其中λL同时满足下面两式：M≥[(L-1)K+λL+1]d其中，N表示小区中用户的天线数量，M表示小区中基站所配备的天线数量，d表示每个基站向其每个服务用户所发送的数据流数量，K表示每个小区中的用户数量，λL表示第L号小区中的不进行干扰对齐操作的用户数目；2c)根据步骤2b)中确定的各个小区中不进行干扰对齐用户数量，随机确定每个小区中不进行干扰对齐用户；(3)随机产生不进行干扰对齐用户的接收滤波矩阵U；(4)设计基站端的辅助预编码：4a)根据步骤(3)所得出的不进行干扰对齐用户的接收滤波矩阵U，计算第1个基站的辅助预编码P1，通过P1消除该基站到其他小区内不进行干扰对齐用户的干扰；4b)依次分别计算第2个基站、…、第L个基站的辅助预编码P2、…、PL；(5)设计每个进行干扰对齐用户的接收滤波矩阵：5a)根据步骤(4)所得出的各个基站的辅助预编码，设计第2个小区中的K-λ2个进行干扰对齐用户的接收滤波矩阵；5b)依次设计出第l个小区中的K-λl个进行干扰对齐用户的接收滤波矩阵，其中2≤l≤L；5c)设计第1个小区中的K-λ1个进行干扰对齐用户的接收滤波矩阵；(6)计算出每个基站端对应于每个服务用户的预编码矩阵：6a)按下式设计出该用户所对应的预编码矩阵：其中，1≤i≤K，1≤s≤L，1≤t≤K，且s≠1,t≠i，V1,i表示第1个小区中的第i个用户所对应的预编码矩阵，Us,t表示第s个小区中的第t个用户的接收滤波矩阵，Us,t包括进行干扰对齐用户的接收滤波矩阵和不进行干扰对齐用户的接收滤波矩阵，表示第1个基站到第s个小区中的第t个用户的信道增益，(·)H表示共轭转置；6b)根据6a)依次分别设计出第2个小区、…、第L个小区中所有用户所对应的预编码矩阵；(7)根据每个用户的接收滤波矩阵及相应的预编码矩阵，在收发两端进行数据传输，以消除相邻小区到用户端的干扰及用户之间的干扰。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术由于对每个小区中不进行干扰对齐用户数目的选择进行了灵活处理，减少了需要计算接收滤波矩阵的用户数量，不仅保证了干扰对齐操作的顺利进行，而且降低了系统的复杂度。2、本专利技术由于同时对每个小区中所有进行干扰对齐用户的接收滤波矩阵的设计进行了灵活处理，即用户的接收滤波矩阵不再是随机依据相邻小区来设计，而是先根据每个小区中边缘用户的多少来确定该小区中用户需要消除的相邻小区干扰的基站编号，然后再依据相应的规则设计每个用户的接收滤波矩阵，进一步提高了系统的容量，降低了系统的误码率。附图说明图1为本专利技术使用的系统框图；图2为本专利技术的实现流程图；图3为本专利技术在多小区多用户协作通信场景下的仿真图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术进行详细描述。参照图1，本专利技术使用的多小区多用户协作通信场景，是由L＝4个小区构成，每个小区中含有1个基站和K＝8个用户，图1中的六边形表示小区边界，六边形中的数字①～⑧表示用户编号。编号有阴影的用户表示不进行干扰对齐用户，编号没有阴影的用户表示进行干扰对齐用户。图1中由基站i指向基站j的箭头表示将第i个基站到相邻小区中进行干扰对齐用户的干扰信道对齐到基站i的同一个信号子空间内，BSi表示第i号基站，其中1≤i≤4，1≤j≤4。参照图2，对本专利技术的实现步骤如下：步骤1，测量每个小区中的边缘用户数。1a)测量每个小区中的每一个用户到当前服务小区的参考信号接收功率其中，1≤u≤8；1b)分别测量所有用户到自己所有相邻小区的参考信号接收功率，并记最大的参考信号接收功率值为1c)设定一个门限值Rt，并根据该门限值设定用户类别：当用户u满足时，则将该用户视为该小区的边缘用户；否则，将该用户视为该小区的中心用户；1d)统计每个小区满足的用户数量，得到该小区的边缘用户数目。步骤2，为每个小区选择不进行干扰对齐用户。2a)根据步骤(1)中测得的每个小区中的边缘用户数目，对每个小区按照边缘用户数目从少到多的顺序进行编号，假设排序后的小区编号分别为1、2、3、4；2b)按照下式确定第4个小区中不进行干扰对齐用户数λ4：M≥[(L-1本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于多小区多用户协作通信的干扰对齐方法，包括如下步骤：(1)获得每个小区中的边缘用户数：1a)测量每个小区中的用户i到当前服务小区的参考信号接收功率1b)测量用户i到自己所有相邻小区的参考信号接收功率，记最大的参考信号接收功率值为1c)设定一个门限值Rt，当用户i满足时，则将该用户视为该小区的边缘用户，否则，视为该小区的中心用户；1d)统计每个小区满足的用户数量，得到该小区的边缘用户数目；(2)为每个小区选择不进行干扰对齐用户：2a)根据步骤(1)中测得的每个小区中的边缘用户数目，对每个小区按照边缘用户数目从少到多的顺序进行编号，假设排序后的小区编号为1、2、…、L，L为小区的总数目；2b)从1、2、…、L号小区中分别选出不进行干扰对齐用户的数目依次为λ1、λ2、…、λL，且λ1≤λ2≤…≤λL，其中λL同时满足下面两式：N≥1K-λL[(k-λL-1)M+(λL2L-λLKL+λLL+λLK-λL2-λL+1)d]M≥[(L-1)K+λL+1]d,]]>其中，N表示小区中用户的天线数量，M表示小区中基站所配备的天线数量，d表示每个基站向其每个服务用户所发送的数据流数量，K表示每个小区中的用户数量，λL表示第L号小区中的不进行干扰对齐操作的用户数目；2c)根据步骤2b)中确定的各个小区中不进行干扰对齐操作的用户数量，随机确定每个小区中不进行干扰对齐操作的用户；(3)随机产生不进行干扰对齐用户的接收滤波矩阵U；(4)设计基站端的辅助预编码：4a)根据步骤(3)所得出的不进行干扰对齐用户的接收滤波矩阵U，计算第1个基站的辅助预编码P1，通过P1消除该基站到其他小区内不进行干扰对齐用户的干扰；4b)依次分别计算第2个基站、…、第L个基站的辅助预编码P2、…、PL；(5)设计每个进行干扰对齐用户的接收滤波矩阵：5a)根据步骤(4)所得出的各个基站的辅助预编码，设计第2个小区中的K‑λ2个进行干扰对齐处理的用户的接收滤波矩阵；5b)依次设计出第l个小区中的K‑λl个进行干扰对齐用户的接收滤波矩阵，其中2≤l≤L；5c)设计第1个小区中的K‑λ1个进行干扰对齐用户的接收滤波矩阵；(6)计算出每个基站端对应于每个服务用户的预编码矩阵：6a)按下式设计出该用户所对应的预编码矩阵：V1,i⋐null(H1,11UH1,1...Hs,t1UHs,t...HL,K1UHL,KH)]]>其中，1≤i≤K，1≤s≤L，1≤t≤K，且s≠1,t≠i，V1,i表示第1个小区中的第i个用户所对应的预编码矩阵，Us,t表示第s个小区中的第t个用户的接收滤波矩阵，Us,t包括进行干扰对齐用户的接收滤波矩阵和不进行干扰对齐用户的接收滤波矩阵，表示第1个基站到第s个小区中的第t个用户的信道增益，(·)H表示共轭转置；6b)根据6a)依次分别设计出第2个小区、…、第L个小区中所有用户所对应的预编码矩阵；(7)根据每个用户的接收滤波矩阵及相应的预编码矩阵，在收发两端进行数据传输，以消除相邻小区到用户端的干扰及用户之间的干扰。...

【技术特征摘要】
1.基于多小区多用户协作通信的干扰对齐方法，包括如下步骤：(1)获得每个小区中的边缘用户数：1a)测量每个小区中的用户i到当前服务小区的参考信号接收功率1b)测量用户i到自己所有相邻小区的参考信号接收功率，记最大的参考信号接收功率值为1c)设定一个门限值Rt，当用户i满足时，则将该用户视为该小区的边缘用户，否则，视为该小区的中心用户；1d)统计每个小区满足的用户数量，得到该小区的边缘用户数目；(2)为每个小区选择不进行干扰对齐用户：2a)根据步骤(1)中测得的每个小区中的边缘用户数目，对每个小区按照边缘用户数目从少到多的顺序进行编号，假设排序后的小区编号为1、2、…、L，L为小区的总数目；2b)从1、2、…、L号小区中分别选出不进行干扰对齐用户的数目依次为λ1、λ2、…、λL，且λ1≤λ2≤…≤λL，其中λL同时满足下面两式：N≥1K-λL[(k-λL-1)M+(λL2L-λLKL+λLL+λLK-λL2-λL+1)d]M≥[(L-1)K+λL+1]d,]]>其中，N表示小区中用户的天线数量，M表示小区中基站所配备的天线数量，d表示每个基站向其每个服务用户所发送的数据流数量，K表示每个小区中的用户数量，λL表示第L号小区中的不进行干扰对齐操作的用户数目；2c)根据步骤2b)中确定的各个小区中不进行干扰对齐操作的用户数量，随机确定每个小区中不进行干扰对齐操作的用户；(3)随机产生不进行干扰对齐用户的接收滤波矩阵U；(4)设计基站端的辅助预编码：4a)根据步骤(3)所得出的不进行干扰对齐用户的接收滤波矩阵U，计算第1个基站的辅助预编码P1，通过P1消除该基站到其他小区内不进行干扰对齐用户的干扰；4b)依次分别计算第2个基站、…、第L个基站的辅助预编码P2、…、PL；(5)设计每个进行干扰对齐用户的接收滤波矩阵：5a)根据步骤(4)所得出的各个基站的辅助预编码，设计第2个小区中的K-λ2个进行干扰对齐处理的用户的接收滤波矩阵；5b)依次设计出第l个小区中的K-λl个进行干扰对齐用户的接收滤波矩阵，其中2≤l≤L；5c)设计第1个小区中的K-λ1个进行干扰对齐用户的接收滤波矩阵；(6)计算出每个基站端对应于每个服务用户的预编码矩阵：6a)按下式设计出该用户所对应的预编码矩阵：V1,i⋐null(H1,11UH1,1...Hs,t1UHs,t...HL,K1UHL,KH)]]>其中，1≤i≤K，1≤s≤L，1≤t≤K，且s≠1,t≠i，V1,i表示第1个小区中的第i个用户所对应的预编码矩阵，Us,t表示第s个小区中的第t个用户的接收滤波矩阵，Us,t包括进行干扰对齐用户的接收滤波矩阵和不进行干扰对齐用户的接收滤波矩阵，表示第1个基站到第s个小区中的第t个用户的信道增益，(·)H表示共轭转置；6b)根据6a)依次分别设计出第2个小区、…、第L个小区中所有用户所对应的预编码矩阵；(7)根据每个用户的接收滤波矩阵及相应的预编码矩阵，在收发两端进行数据传输，以消除相邻小区到用户端的干扰及用户之间的干扰。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)中随机产生不进行干扰对齐用户的接收滤波矩阵U，是先将第i个小区中第k个不进行干扰对齐用户表示为[i,...

【专利技术属性】
技术研发人员：付卫红，杨帅，韦娟，刘乃安，李晓辉，黑永强，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61