一种全双工基站蜂窝网络的时隙干扰对齐方法技术

本发明专利技术提出了一种全双工基站蜂窝网络的时隙干扰对齐方法，从单天线用户的全双工基站蜂窝网络入手，利用基站的分时隙工作机制，以在有限的时隙内实现干扰对齐，同时降低系统的复杂度，实现步骤为：设计全双工基站蜂窝网络通信系统模型；获取上行用户组发射信号；构造基站端预编码矩阵和下行用户端干扰消除向量；基站蜂窝网络通信系统传输第一时隙信号；基站蜂窝网络通信系统依次完成第二时隙到第T时隙的信号传输，得到第二到第T时隙下行接收信号；各下行用户获取下行合并信号；各下行用户消除来自上行用户组的干扰；各下行用户对无干扰信号向量进行解码，得到下行用户期望信号。

【技术实现步骤摘要】
一种全双工基站蜂窝网络的时隙干扰对齐方法
本专利技术属于无线通信
，涉及一种全双工基站蜂窝网络的时隙干扰对齐方法，具体涉及一种针对全双工基站网络中上行用户对下行用户造成的干扰，在基站端通过分时隙传输的时隙干扰对齐方法，可用于全双工基站蜂窝网络的时隙干扰对齐在实际系统中的运用。
技术介绍
近年来，全双工基站技术作为下一代通信的关键技术近年被广泛研究，在全双工基站蜂窝网络中，基站可以在同一时间段或者同一频率段同时发送信息和接收信息，大大提高了频谱效率与系统容量。然而随着蜂窝网络中用户数目的急剧增加，用户间的干扰导致系统通信质量成指数下降，因此全双工基站中的干扰管理问题成为5G(The5thGenerationMobileCommunication,5G)蜂窝网络通信一个新的挑战。针对全双工基站网络中存在的上行用户对基站到下行用户的传输造成的干扰问题，现有的处理方式为利用正交(时间，频率，空间)接入技术，即将干扰信号和期望信号放在正交信道中。假设系统用户数目为K，正交接入方式使得每个接入用户所占的空间维度为1/K。正交接入技术可以有效抑制其它用户的干扰，但是用户数目较多时系统容量性能不佳，浪费了资源空间。干扰对齐的提出克服了上述的缺点，对于提高系统容量产生了质的飞跃。干扰对齐的基本思想是：通过多个发射端协作设计预编码矩阵，使得每个接收端，来自不同发射段的干扰对齐在同一个维度内，而期望信号在另一个不同的维度(空间维度，时间维度，频率维度，尺度维度等)。理论上，若系统中有K个用户，干扰对齐使得每个用户可达到1/2的自由度，系统总的自由度为K/2。因此，干扰对齐技术克服了传统干扰管理的缺点，使得干扰网络中的干扰管理更加有效。根据用户端天线数目的不同，全双工基站网络中干扰对齐方式分为基于用户端为多天线的空间干扰对齐方法和基于用户端为单天线的时隙干扰对齐方法。其中，当用户端多天线时，可以利用传统的空间干扰对齐技术，在发送端和接收端设计合理的编码矩阵，在一个时隙内完成干扰管理，实现干扰对齐。然而在实际通讯系统中，受到移动终端设备空间条件的限制，全双工基站网络中用户数为单天线的系统模型更为普遍。因此，能否将用户端为单天线的时隙干扰对齐技术运用到全双工蜂窝网络系统中成为一个新的关注点，WangC等人在其发表的论文“Ondegrees-of-freedomofmulti-userMIMOfull-duplexnetwork”(IEEECommunicationletters,2014,18(5):757-760)中公开了全双工基站蜂窝网络干扰对齐方法的数学理论证明和可行性理论证明。但存在的局限性在于：第一，该方法的结论均基于理想的数学模型，当时延扩展为无穷大时，每个用户的干扰能够完全消除，若无时延扩展或者时延扩展较小时，干扰对齐的性能很差，并不能带来干扰对齐的容量增益。第二，该方法假设了上、下行用户均具有全局信道信息状态，当用户数目较多时，其获取全局信道状态信息的开销也会增大，导致系统复杂度很高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种全双工基站蜂窝网络的时隙干扰对齐方法，从单天线用户的全双工基站蜂窝网络入手，利用基站的分时隙工作机制，以在有限的时隙内实现干扰对齐，同时降低系统的复杂度。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案包括如下步骤：(1)设计全双工基站蜂窝网络通信系统模型：包括全双工模式基站、由Ku个上行用户构成的半双工模式上行用户组和由Kd个下行用户构成的半双工模式上行用户组，每个用户装配一根天线，基站装配M根天线，且拥有全局瞬时信道状态信息,上行用户i到基站的信道为基站到下行用户j的信道为上行用户i到下行用户j的干扰信道为系统在T时隙内完成一次完整传输；(2)获取上行用户组发射信号：设定上行用户i在第t时隙的相位旋转系数并将相位旋转系数与拟发送信号si右乘，得到第t时隙的上行用户i的发送信号si(t),其中，t∈[1,T]；(3)根据时隙干扰对齐原理，构造基站端预编码矩阵VAF(t)和下行用户端干扰消除向量Uj：(3a)基站根据上行用户组到下行用户组的干扰信道状态信息，构造块矩阵Aj，并按照j从小到大的顺序依次在一个空矩阵的主对角线上排列，得到块矩阵Aadd；(3b)基站根据上行用户组到基站信道状态信息和基站到下行用户组信道状态信息，构造块矩阵Bj，并按照j从小到大的顺序依次纵向排列，得到块矩阵Badd；(3c)基站将块矩阵Aadd与Badd横向排列，得到块矩阵Cadd，Cadd＝[AaddBadd]；(3d)基站根据上行用户组到下行用户组的干扰信道信息状态，构造列向量ej，并按照j从小到大的顺序依次纵向排列，得到列向量Eadd；(3e)将列向量Eadd与块矩阵Cadd的伪逆矩阵右乘，得到列向量Fadd，并对Fadd按行划分，得到第t时隙基站端向下行用户组发送数据的预编码矩阵VAF(t)，和与预编码矩阵VAF(t)相匹配的下行用户j的干扰消除向量Uj；(4)基站蜂窝网络通信系统传输第一时隙信号：(4a)在第一时隙，上行用户组中各上行用户通过其对应的上行信道向基站发送信号，其中第i个上行用户通过上行信道fi发送信号si(1)；(4b)基站接收第一时隙上行用户组信号yBS(1)，同时向下行用户组广播发送第一时隙基站信号(4c)各下行用户接收第一时隙经过信道的基站信号，同时收到经过第一时隙干扰信道的上行信号，并将该两部分信号进行叠加，得到第一时隙下行接收信号，其中第j个下行用户的下行接收信号为yj(1)；(5)设计第t时隙基站蜂窝网络通信系统信号传输方式，t∈[2,T]：(5a)在第t时隙，上行用户组中各上行用户向基站发送信号，其中第i个上行用户通过上行信道fi发送信号si(t)；(5b)基站接收第t时隙上行用户组信号yBS(t)；(5c)在第t时隙，基站将步骤(2)所构造的基站端预编码矩阵VAF(t)与接收到的第t-1时隙上行信号yBS(t-1)左乘，并与基站下行信号第t时隙基站信号相加，得到第t时隙基站信号xBS(t)，并向下行用户组广播发送；(5d)各下行用户接收经过信道的基站信号，同时收到经过干扰信道的上行信号，并将该两部分信号进行叠加，得到第t时隙下行接收信号，其中第j个下行用户的下行接收信号为yj(t)；(6)基站蜂窝网络通信系统根据步骤(5)设计的信号传输方式，按照时隙顺序依次完成第二时隙到第T时隙的信号传输，得到第二到第T时隙下行接收信号；(7)各下行用户获取下行合并信号：下行用户组中的各个下行用户按照纵向排列方法，对第一时隙和第二到第T时隙下行接收信号分别进行合并，得到各自的下行合并信号yj；(8)各下行用户消除来自上行用户组的干扰：各下行用户将下行合并信号yj与步骤(2)构造的干扰消除向量Uj左乘，得到各下行用户的无干扰信号向量(9)各下行用户对无干扰信号向量进行解码，得到下行用户期望信号dj：各下行用户构造信道解码矩阵Rd，并将信道解码矩阵Rd与无干扰信号向量左乘，得到下行用户期望信号dj。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：1.本专利技术通过基站将上行用户端信号转发到下行用户端，使得下行用户将来自上行用户的干扰信号和来自基站转发的上行干扰信号对齐，克服了现有技术中实现本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全双工基站蜂窝网络的时隙干扰对齐方法，其特征在于包括如下步骤：(1)设计全双工基站蜂窝网络通信系统模型：包括全双工模式基站、由Ku个上行用户构成的半双工模式上行用户组和由Kd个下行用户构成的半双工模式上行用户组，每个用户装配一根天线，基站装配M根天线，且拥有全局瞬时信道状态信息,上行用户i到基站的信道为

【技术特征摘要】
1.一种全双工基站蜂窝网络的时隙干扰对齐方法，其特征在于包括如下步骤：(1)设计全双工基站蜂窝网络通信系统模型：包括全双工模式基站、由Ku个上行用户构成的半双工模式上行用户组和由Kd个下行用户构成的半双工模式上行用户组，每个用户装配一根天线，基站装配M根天线，且拥有全局瞬时信道状态信息,上行用户i到基站的信道为基站到下行用户j的信道为上行用户i到下行用户j的干扰信道为1≤i≤Ku，1≤j≤Kd，系统在T时隙内完成一次完整传输；(2)获取上行用户组发射信号：设定上行用户i在第t时隙的相位旋转系数并将相位旋转系数与拟发送信号si右乘，得到第t时隙的上行用户i的发送信号si(t),其中，t∈[1,T]；(3)根据时隙干扰对齐原理，构造基站端预编码矩阵VAF(t)和下行用户端干扰消除向量Uj：(3a)基站根据上行用户组到下行用户组的干扰信道状态信息，构造块矩阵Aj，并按照j从小到大的顺序依次在一个空矩阵的主对角线上排列，得到块矩阵Aadd；(3b)基站根据上行用户组到基站信道状态信息和基站到下行用户组信道状态信息，构造块矩阵Bj，并按照j从小到大的顺序依次纵向排列，得到块矩阵Badd；(3c)基站将块矩阵Aadd与Badd横向排列，得到块矩阵Cadd，Cadd＝[AaddBadd]；(3d)基站根据上行用户组到下行用户组的干扰信道信息状态，构造列向量ej，并按照j从小到大的顺序依次纵向排列，得到列向量Eadd；(3e)将列向量Eadd与块矩阵Cadd的伪逆矩阵右乘，得到列向量Fadd，并对Fadd按行划分，得到第t时隙基站端向下行用户组发送数据的预编码矩阵VAF(t)，和与预编码矩阵VAF(t)相匹配的下行用户j的干扰消除向量Uj；(4)基站蜂窝网络通信系统传输第一时隙信号：(4a)在第一时隙，上行用户组中各上行用户通过其对应的上行信道向基站发送信号，其中第i个上行用户通过上行信道fi发送信号si(1)；(4b)基站接收第一时隙上行用户组信号yBS(1)，同时向下行用户组广播发送第一时隙基站信号(4c)各下行用户接收第一时隙经过信道的基站信号，同时收到经过第一时隙干扰信道的上行信号，并将该两部分信号进行叠加，得到第一时隙下行接收信号，其中第j个下行用户的下行接收信号为yj(1)；(5)设计第t时隙基站蜂窝网络通信系统信号传输方式，t∈[2,T]：(5a)在第t时隙，上行用户组中各上行用户向基站发送信号，其中第i个上行用户通过上行信道fi发送信号si(t)；(5b)基站接收第t时隙上行用户组信号yBS(t)；(5c)在第t时隙，基站将步骤(2)所构造的基站端预编码矩阵VAF(t)与接收到的第t-1时隙上行信号yBS(t-1)左乘，并与基站下行信号第t时隙基站信号相加，得到第t时隙基站信号xBS(t)，并向下行用户组广播发送；(5d)各下行用户接收经过信道的基站信号，同时收到经过干扰信道的上行信号，并将该两部分信号进行叠加，得到第t时隙下行接收信号，其中第j个下行用户的下行接收信号为yj(t)；(6)基站蜂窝网络通信系统根据步骤(5)设计的信号传输方式，按照时隙顺序依次完成第二时隙到第T时隙的信号传输，得到第二到第T时隙下行接收信号；(7)各下行用户获取下行合并信号：下行用户组中的各个下行用户按照纵向排列方法，对第一时隙和第二到第T时隙下行接收信号分别进行合并，得到各自的下行合并信号yj；(8)各下行用户消除来自上行用户组的干扰：各下行用户将下行合并信号yj与步骤(2)构造的干扰消除向量Uj左乘，得到各下行用户的无干扰信号向量(9)各下行用户对无干扰信号向量进行解码，得到下行用户期望信号dj：各下行用户构造信道解码矩阵Rd，并将信道解码矩阵Rd与无干扰信号向量左乘，得到下行用户期望信号dj。2.根据权利要求1中所述的一种全双工基站蜂窝网络的时隙干扰对齐方法，其特征在于，步骤(2)中所述的相位旋转系数和第t时隙的上行用户i的发送信号si(t)，其表达式分别为：相位旋转系数的表达式为：

【专利技术属性】
技术研发人员：刘祖军，刘琼，李帆，孙德春，孙永军，
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