一种基于干扰容忍的多小区系统的高效传输协议方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于干扰容忍的多小区系统的高效传输协议方法，针对多小区边缘用户的干扰问题，设计了两时隙的传输协议，通过采用基于信漏噪比的预编码方案，推导获得所提传输协议下的预编码闭合表达式，并设计了基于非线性最小均方误差的自适应接收机，结果表明所设计的传输协议与传统协议相比具有较大的“和速率”增益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于移动通信
，尤其涉及一种基于干扰容忍的多小区系统的高效传输协议方法。
技术介绍
近年来，随着小区覆盖密度的增加，多小区系统的干扰问题成为无线通信领域中最为重要的研究热点之一。根据小区边缘用户的不同分布位置可分为三类场景，第一类是单小区传输(Singlecelltransmission)模式，即用户与本小区关联基站距离很近，而与其他基站距离很远；第二类是多点协作(Coordinatedmulti-pointstransmission,CoMP)传输模式，即该用户位于多个基站交叉覆盖的重叠区，因此该用户会收到来自多个基站的干扰。近年来的科学研究主要致力于处理来自多个基站的干扰问题；第三类是本专利技术提出的新协议设计传输模式，即该用户位于两个基站交叉覆盖的重叠区域，而与第三个小区的基站覆盖区域距离很远。事实上，第三类场景即为众所周知的线性Wyner干扰模型，Wyner干扰模型表明用户位于两个基站交叉覆盖区域的概率要远大于位于三个基站交叉覆盖区，并且由于路径损耗和大尺度衰落的影响，用户受到的来自第三个基站的干扰可以忽略，近年来，关于这种场景下的协议设计传输方案尚未有文献系统性涉及。近年来，关于多点协作场景的方案设计和分析主要关注于小区间干扰的处理，并且大多数研究场景属于本专利技术分类的第二种场景，作者Yang和Sun等人发表的高引用率综述论文详细阐述了多点协作传输方案的处理方法，包括基站间的有限回程反馈、干扰管理以及3GPPLTE(Longtermevolution)R11版本中的相关信号设计，其中3GPPLTE的传输方案主要分为四类，第一类是动态节点选择方案，第二类是联合收发机设计方案，第三类是协作波束形成或调度方案，第四类是动态节点回程方案。Liu等人对基站和移动终端均配置多天线的场景，推导获得了采用干扰配准技术消除小区间和小区内干扰的充分和必要条件，值得一提的是多天线配置的MIMO(Multipleinputandmultipleoutput)技术，由于它可带来显著的阵列增益和分集增益，已经作为4G和未来5G的关键技术受到了广泛的应用研究，Liu等人在文献研究的基础上从信息论的角度出发进一步分析了该系统的自由度，Wu和Yang等人研究了机会干扰配准方法以及干扰中和条件，这些研究主要分析了干扰配准或干扰中和处理方案的应用。Annapureddy等人从信息论的角度对多点协作CoMP的增益进行了详细的理论分析，Huq等人根据不完全信道状态信息的场景，设计了迫零预编码发送和块对角化预编码方案，获得系统和速率的有效提升，Choi等人设计了多用户MIMO-OFDMA(OrthogonalFrequencyMultipleAccess)系统下多点协作传输模式的最优资源分配方案[20]。值得说明的是，所有这些多点协作传输方案工作的研究都未考虑小区边缘用户仅接收到一个基站或一些基站的干扰的情况，而不是所有基站的干扰。已有多点协作方案的工作中关于小区边缘用户受到来自所有其他基站的干扰，可看作是一种极限情况，其他一些极限情况是采用TDMA(TimeDivisionMultipleAccess)协议通过多个时隙的发送来消除干扰。尽管多天线技术可以通过基站之间的协作和TDMA协议获得正交时隙，然而，基站的预编码矩阵需要对角阵(单天线)或块对角阵(多天线)，这与方阵(收发端同天线配置)相比会有一定的性能损耗。尽管TDMA协议利用三个时隙保障所有发送信号的正交性，但严重降低了系统的频谱效率以及会出现时间延迟等问题。本专利技术需要强调的是，用户所接收到的混合信号并非不能高效利用，接收端可以利用译码并进行连续干扰消除获得接近最优的接收机。本专利技术与已有多点协作研究的不同之处在于每个基站的天线配置和时隙数，本专利技术的系统模型中基站配置为单天线，通过两个时隙以完成信号的传输。由于严重的路径损耗和阴影衰落影响，本专利技术假定每个小区边缘用户仅接收到相邻小区基站的干扰，暂不考虑来自其他基站的干扰。例如本专利技术所研究的三小区系统模型，假定小区半径为L，若用户位于两小区相交中心处，则用户与有用基站、相邻基站以及第三个基站的距离分别为L、L和从而相应的路径损耗分别为L-α、L-α和该用户的信干噪比可表达为其中σ2是噪声方差，p是基站的发送功率。一般而言，假定自由空间路径损耗因子α＝5，则从而可知来自第三个基站的干扰较小，同Jafar等人的方案分析，本专利技术忽略该干扰。本专利技术考虑设计两个时隙(或OFDM两个子载波)的新传输协议以完成所有传输且不使用多天线技术，每个时隙内，所有基站同时给相应用户传输信号，两个时隙后，每个用户收到混合有干扰和噪声的信号，本专利技术所提的新协议节省了一个时隙，但是引入的干扰会降低接收信号的信干噪比，因此，本专利技术通过预编码和自适应接收机的设计，有效克服引入干扰带来的影响，从仿真结果可以看到本专利技术所提的协议的显著增益。
技术实现思路
本专利技术设计了两时隙传输协议，主要针对两个时隙传输的多小区系统模型，通过预编码的优化设计获得系统容量的最大化，并基于非线性的MMSE-SIC(MinimumMeanSquareErrorSuccessiveInterferenceCancellation)连续干扰消除准则设计最优的自适应接收机。可应用于OFDMA(OrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccess)等系统，其中发送端采用基于信漏噪比SLNR(SignaltoLeakageandNoiseRatio)的预编码方法，通过仿真和分析表明所提基于SLNR的两时隙传输协议可获得显著性能增益，之所以采用SLNR预编码是由于其可以和本专利技术所提协议有效结合，而该SLNR预编码是由十年前Sadek等人提出，主要用于多用户MIMO系统，之后由Qiang等人用于多点协作系统的信号传输；设计了自适应的接收机，可有效提升系统的吞吐量。一种基于干扰容忍的多小区系统的高效传输协议方法，包括三小区系统下的两时隙传输协议，第一个时隙内，BS1采用预编码系数ω11向UE1发送信号x1，BS2采用预编码系数ω21向UE2发送信号x2，BS3采用预编码系数ω31向UE2发送信号x3；第二个时隙内，BS1采用预编码系数ω12向UE1发送信号x1，BS2采用预编码系数ω22向UE1发送信号x2，BS1采用预编码系数ω32向UE1发送信号x3；其中，所述两个时隙基站发送的信号相同而预编码系数不同，且基站BSk(k＝1,2,3)之本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于干扰容忍的多小区系统的高效传输协议方法，包括三小区系统下的两时隙传输协议，第一个时隙内，BS1采用预编码系数ω11向UE1发送信号x1，BS2采用预编码系数ω21向UE2发送信号x2，BS3采用预编码系数ω31向UE2发送信号x3；第二个时隙内，BS1采用预编码系数ω12向UE1发送信号x1，BS2采用预编码系数ω22向UE1发送信号x2，BS1采用预编码系数ω32向UE1发送信号x3；其中，所述两个时隙基站发送的信号相同而预编码系数不同，且基站BSk(k＝1,2,3)之间不共享发送信号；第二时隙内，每个基站向UEk发送信号ωk2xk，其中ωk2是第二个时隙内基站BSk的预编码系数，所提出的两时隙传输协议方案描述如下：第一时隙内，基站BS1向UE1发送信号ω11x1；基站BS2向UE2发送信号ω21x2；基站BS3向UE3发送信号ω31x3；第二个时隙内，基站BS1向UE1发送信号ω12x1；基站BS2向UE2发送信号ω22x2；基站BS3向UE3发送信号ω32x3。

【技术特征摘要】
1.一种基于干扰容忍的多小区系统的高效传输协议方法，包括三小区系统下
的两时隙传输协议，第一个时隙内，BS1采用预编码系数ω11向UE1发送信号x1，
BS2采用预编码系数ω21向UE2发送信号x2，BS3采用预编码系数ω31向UE2发送
信号x3；第二个时隙内，BS1采用预编码系数ω12向UE1发送信号x1，BS2采用预
编码系数ω22向UE1发送信号x2，BS1采用预编码系数ω32向UE1发送信号x3；其
中，所述两个时隙基站发送的信号相同而预编码系数不同...

【专利技术属性】
技术研发人员：李春国，冀保峰，宋康，陈苏丹，王一丹，谢萍，王毅，李世党，宋梁，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32