本发明专利技术提供一种分层异构多小区MIMO系统干扰消除方法，通过对宏小区用户和基站、微小区用户和基站进行联合预编码，能够有效消除小区间的相互干扰。首先通过对微小区用户进行接收滤波矩阵设计，将宏小区基站对同一微小区的干扰对齐到相同的信号空间，其次通过宏小区发送预编码的设计，完全消除宏小区基站对微小区用户的干扰。在此基础上，根据宏小区和微小区对传输速率的不同需求，通过宏小区接收滤波矩阵的设计消除宏小区的用户间干扰，并通过微小区基站发送预编码的设计消除。该方法通过减少和消除小区间的相互干扰，因而能够显著提升多小区多用户并存状态下和复杂电磁环境下的无线通信性能，在智能电网等各类复杂多小区网络中的可靠传输具有良好的应用潜力。
【技术实现步骤摘要】
一种分层异构多小区MIMO系统干扰消除方法及装置
本专利技术涉及通信领域，具体涉及一种分层异构多小区MIMO系统信号干扰消除方法及装置。
技术介绍
智能电网技术通过对变电设备的实时监控，极大地提升了电网企业的监管水平和企业运行效率。无线通信技术作为智能电网检测数据传输的重要技术，是智能电网建设的重要部分。然而，智能电网系统电磁环境复杂，对无线通信技术提出了巨大的技术挑战。具体而言：智能电网中监控节点众多，多个小区并存并形成复杂的干扰结构；业务种类多样，即有高服务质量要求、低速率的设备监控数据，又有监控视频等高速数据传输需求；工作现场电磁环境复杂，其噪声与变电设备的运转息息相关，已不再服从蜂窝无线通信中所通常假设的高斯统计分布，还存在高强度脉冲噪声，进一步干扰了无线通信的正常进行。在这种情况下，传统的干扰管理技术难以适应工业无线网络传输高可靠性的要求。在当前工业无线网络广泛使用无线局域网和短距离无线通信技术进行数据传输，包括采用802.11标准进行高速数据传输和采用802.15.4标准进行低速低功耗数据传输。这些设备均工作在ISM频段，大量设备的共存使得相互间产生严重的干扰，成为制约数据传输质量的关键因素之一。802.11和802.15.4标准均采用竞争接入的方式进行干扰管理，一方面，从本质上是对频谱资源的划分,并没有实质上消除干扰带来的不利影响；另一方面，采用载波侦听检测(CarrierSenseMultipleAccess/CollisionAvoidance,CSMA/CA)机制来竞争接入无线信道，在传输业务量大，网络密集部署的条件下，发射信号的碰撞和退避不仅会导致频谱资源的大量浪费，还会导致数据传输可靠性低，传输时延增大，时延抖动增加，难移满足工业数据传输对可靠性和实时性的需求。在实际应用中，由于采集数据多样，现场电磁环境复杂，常形成分层异构的网络结构。例如在电网输配电现场，采用无线通信技术的站控层和过程层形成了典型的分层异构网络结构，其中站控层作为宏小区实现高速传输，过程层作为微小区实现低速数据采集。在这种复杂的网络结构和电磁环境下，如何有效的消除干扰，提高通信的可靠性，是当前无线通信领域面临的重要问题。多输入多输出技术(Multiple-InputMultiple-Output，MIMO)通过在发送端和接收端均采用多根天线，实现分集发送和接收，并构建多个并行的空间域传输信道。通过引入空域信号维度，MIMO系统能够增加信号传输的可靠性，并将原来仅仅在频域和时域空间的信号设计问题扩展到空间域，能够有效增加信号的自由度，提高系统的容量。但是，在分层异构多小区MIMO系统中，宏小区与微小区、微小区之间均广泛存在相互干扰，严重降低用户的信干比和整个通信系统的容量。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的技术问题在于现有技术中分层异构多小区MIMO系统中存在干扰难以消除、影响通信质量。本专利技术提供一种分层异构多小区MIMO系统干扰消除方法，所述分层异构多小区MIMO系统包括一个宏小区和在所述宏小区覆盖范围内的多个微小区，包括如下步骤：对微小区用户分组，针对微小区用户设置第一接收滤波矩阵，将宏小区基站对同一微小区的干扰对齐到相同的信号空间；对宏小区基站的发射信号进行第一预编码，消除宏小区基站对微小区用户的干扰；针对宏小区用户设置第二接收滤波矩阵，消除宏小区的用户间干扰；对微小区基站的发射信号进行第二预编码，消除微小区基站对宏小区用户的干扰以及同一微小区内其它用户的干扰。优选地，所述对微小区用户分组，针对微小区用户设置第一接收滤波矩阵，将宏小区基站对同一微小区的干扰对齐到相同的信号空间，包括：计算宏小区基站对微小区用户的分组，公式如下：其中，Gl表示宏小区基站对微小区l内所有用户的干扰信号，宏小区的编号为0，微小区的编号为1,L,L，为从宏小区基站到用户(l,i)的信道矩阵，用户(l,i)表示第l个微小区中第i个用户；Ul,i为微小区l中用户i的接收滤波矩阵，K1为宏小区的用户数量，K2为微小区中的用户数量；将宏小区基站对同一微小区的干扰对齐到相同的信号空间，通过如下干扰对齐公式计算：其中，为(N1×N1)的单位矩阵，且优选地，所述对宏小区基站的发射信号进行第一预编码，消除宏小区基站对微小区用户的干扰的步骤，包括：通过如下第一预编码公式进行计算，V0表示宏小区基站的发射信号预编码后的信号，V0＝null([G1G2LGL])。优选地，所述针对宏小区用户设置第二接收滤波矩阵的步骤，包括：对宏小区用户α的第d个子数据流，其宏小区用户接收滤波矩阵公式为：U0,α,d＝ν1(Q0,α,d)其中其中，为从宏小区基站到宏小区用户(0,α)的信道矩阵，V0,β,p表示宏小区用户β的第p个子数据流的预编码矢量，V0,α,d表示宏小区用户α的第d个子数据流的预编码矢量。优选地，所述对微小区基站的发射信号进行第二预编码的步骤，包括：通过以下第二预编码公式进行计算：其中，宏小区的用户数量为K1，微小区l中的用户数量为K2，为从微小区基站l到宏小区用户(0,α)的信道矩阵，α＝1，…，K1；Ul,i为微小区l中用户i的接收滤波矩阵，为从微小区l到用户(l,i)的信道矩阵，i＝1，…K2。优选地，所述干扰对齐公式中Fl的维度为K2N1×(N1+K2M2)，需要满足：其中宏小区基站数量分别为N1，微小区用户数量为M2，每个微小区中的用户数量为K2。优选地，所述第一预编码公式中，[G1G2LGL]的维度为：N1×L，每个宏小区用户的自由度为D1，需要满足条件：N1≥L+K1D1，K1为宏小区的用户数量，宏小区用户数量为M1。优选地，所述宏小区用户接收滤波矩阵公式中，需要满足M1≥K1D1。优选地，所述第二预编码公式中Vl,i的维度为N2×(K1D1+K2-1)，需要满足的条件为：N2≥K1D1+K2，N2为微小区基站数量。此外，本专利技术还提供一种分层异构多小区MIMO系统干扰消除装置，所述分层异构多小区MIMO系统包括一个宏小区和在所述宏小区覆盖范围内的多个微小区，包括：微小区接收滤波矩阵设置单元21，用于对微小区用户分组，针对微小区用户设置第一接收滤波矩阵，将宏小区基站对同一微小区的干扰对齐到相同的信号空间；宏小区预编码单元22，用于对宏小区基站的发射信号进行第一预编码，消除宏小区基站对微小区用户的干扰；宏小区接收滤波矩阵设置单元23，用于针对宏小区用户设置第二接收滤波矩阵，消除宏小区的用户间干扰；微小区编码单元24，用于对微小区基站的发射信号进行第二预编码，消除微小区基站对宏小区用户的干扰以及同一微小区内其它用户的干扰。本专利技术技术方案，具有如下优点：1、本专利技术提供的分层异构多小区MIMO系统干扰消除方法，通过对宏小区用户和基站、微小区用户和基站进行联合预编码，能够有效消除小区间的相互干扰。首先通过对微小区用户进行接收滤波矩阵设计，将宏小区基站对同一微小区的干扰对齐到相同的信号空间，其次通过宏小区发送预编码的设计，完全消除宏小区基站对微小区用户的干扰。在此基础上，根据宏小区和微小区对传输速率的不同需求，通过宏小区接收滤波矩阵的设计消除宏小区的用户间干扰，并通过微小区基站发送预编码的设计消除。该方法通过减少和消除小区间的相互干扰，因而能够本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种分层异构多小区MIMO系统干扰消除方法，所述分层异构多小区MIMO系统包括一个宏小区和在所述宏小区覆盖范围内的多个微小区，其特征在于，包括如下步骤：对微小区用户分组，针对微小区用户设置第一接收滤波矩阵，将宏小区基站对同一微小区的干扰对齐到相同的信号空间；对宏小区基站的发射信号进行第一预编码，消除宏小区基站对微小区用户的干扰；针对宏小区用户设置第二接收滤波矩阵，消除宏小区的用户间干扰；对微小区基站的发射信号进行第二预编码，消除微小区基站对宏小区用户的干扰以及同一微小区内其它用户的干扰。
【技术特征摘要】
1.一种分层异构多小区MIMO系统干扰消除方法，所述分层异构多小区MIMO系统包括一个宏小区和在所述宏小区覆盖范围内的多个微小区，其特征在于，包括如下步骤：对微小区用户分组，针对微小区用户设置第一接收滤波矩阵，将宏小区基站对同一微小区的干扰对齐到相同的信号空间；对宏小区基站的发射信号进行第一预编码，消除宏小区基站对微小区用户的干扰；针对宏小区用户设置第二接收滤波矩阵，消除宏小区的用户间干扰；对微小区基站的发射信号进行第二预编码，消除微小区基站对宏小区用户的干扰以及同一微小区内其它用户的干扰。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对微小区用户分组，针对微小区用户设置第一接收滤波矩阵，将宏小区基站对同一微小区的干扰对齐到相同的信号空间，包括：计算宏小区基站对微小区用户的分组，公式如下：其中，Gl表示宏小区基站对微小区l内所有用户的干扰信号，宏小区的编号为0，微小区的编号为1,L,L，为从宏小区基站到用户(l,i)的信道矩阵，用户(l,i)表示第l个微小区中第i个用户；Ul,i为微小区l中用户i的接收滤波矩阵，K1为宏小区的用户数量，K2为微小区中的用户数量；将宏小区基站对同一微小区的干扰对齐到相同的信号空间，通过如下干扰对齐公式计算：其中，为(N1×N1)的单位矩阵，且3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对宏小区基站的发射信号进行第一预编码，消除宏小区基站对微小区用户的干扰的步骤，包括：通过如下第一预编码公式进行计算，V0表示宏小区基站的发射信号预编码后的信号，V0＝null([G1G2LGL])。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述针对宏小区用户设置第二接收滤波矩阵的步骤，包括：对宏小区用户α的第d个子数据流，其宏小区用户接收滤波矩阵公式为：U0,α,d＝ν1(Q0,α,d)其中
【专利技术属性】
技术研发人员：陆阳，安春燕，李建岐，刘伟麟，章扬，李斌，赵成林，迟楠，张梦洁，刘文亮，林树，
申请(专利权)人：全球能源互联网研究院，北京邮电大学，复旦大学，国网福建省电力有限公司，国网福建省电力有限公司厦门供电公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：北京,11
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