一种基于正交投影算子的协作迫零波束成形方法技术

本发明专利技术提供了一种基于正交投影算子的协作迫零波束成形方法，利用正交投影算子，得到每一个下行信道向量到其余下行信道向量的投影长度之和，通过循环计算投影长度之和，选择出参与迫零算法的用户，进而得到实现小区间干扰抑制的下行协作波束成形向量。本发明专利技术利用正交投影算子可以准确地表示信道向量之间的近似度，从而有效选择出与其余信道向量最近似的信道向量，可以直接消除参与迫零算法的用户之间的干扰，而且使不能参与迫零算法的用户所遭受的干扰得到抑制，提高小区系统的吞吐率，并且投影算子可以重复使用，可以有效减少运算复杂度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于正交投影算子的协作迫零波束成形方法
本专利技术涉及一种分布式多输入多输出-正交频分复用(MIMO-OFDM)系统中的下行协作波束成形方法，属于移动通信、干扰抑制、数字信号处理等

技术介绍
为了在多小区分布式多输入多输出-正交频分复用(MIMO-OFDM)系统中抑制小区间干扰，协作波束成形技术被提出，它是通过多小区基站与用户之间的协作和MIMO空分复用来实现小区间干扰抑制，是一种有效提升小区系统吞吐率、保持基站间较小的数据量反馈和交互负担、具有较好的分布性的干扰抑制技术。而协作迫零波束成形技术由于较低的运算复杂度，对于基于MIMO-OFDM的第四代移动通信具有重要意义。当前协作迫零波束成形方法主要关注于在基站天线数不小于系统总协作用户数的条件下的多小区场景，这些方法对于总协作用户数大于基站天线数的系统则很难执行。对于已有的基于总协作用户数大于基站天线数条件的协作迫零波束成形方法，虽然可以通过使干扰信道与有效信道之间保持弱相关性来实现小区间干扰抑制，但是这些方法仅关注每个小区只有一个协作用户的场景，对于每小区多个协作用户的场景则没有讨论。在实际中，总协作用户数大于基站天线数和每小区存在多个协作用户是经常同时存在的场景条件，需要针对此两个条件提出新的方法。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种基于正交投影算子的下行协作迫零波束成形方法，利用正交投影算子，得到每一个下行信道向量到其余下行信道向量的正交投影长度之和，并通过最大投影长度和准则来选择参与迫零算法的用户，进而得到实现小区间干扰抑制的下行协作波束成形向量，提高小区吞吐率。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：步骤1，确定参与协作的K个协作小区的基站BSk，k＝1,…,K，每个协作小区的协作用户数均是M个，小区k的M个协作用户分别为k(1)…k(m)…k(M)，由基站BSk服务，k(m)是目标用户；每个基站有Nt个发送天线，每个用户有1个接收天线；设置空集合和步骤2，基站BSk通过上、下信道的互易性，得到BSk到本小区用户k(i)的信道状态向量和BSk到其他基站BSf服务的同频用户f(j)的信道状态向量i＝1,…,M，f＝1,…,K，f≠k，j＝1,…,M，除之外的信道向量构成下行信道集合然后对该集合中的信道向量按照其在Ω中的顺序重新标号，即步骤3，当Nt≥KM，将Ω中用户所对应的信道以及构建矩阵HΩ，然后进行执行迫零运算，就是基站BSk针对目标用户k(m)的协作波束成形向量；步骤4，当Nt<KM-1，基站BSk计算到其余信道向量的正交投影长度之和其中g＝1,...,KM-1，g≠n，正交投影算子-1代表矩阵的伪逆运算，H代表矩阵的共轭转置运算；之后将Sn存入集合Φ中；同理，基站BSk计算Ω中每一个信道向量到其余信道向量的正交投影长度之和Sl，l＝1,...,KM-1，然后构成集合Φ＝{S1,...,Sn,...,SKM-1}；步骤5，基站BSk从集合Φ中选出最大值项，并将该最大值项所对应的用户记为存入Ψ，然后将从Ω中删除，并且将集合Φ置空；步骤6，基站BSk计算Ω中每一个信道向量到Ω中其余信道向量的正交投影长度之和，然后构成集合Φ＝{S1,....SKM-2}，再从集合Φ中选出最大值项，并将其对应的用户记为存入Ψ，然后将从Ω中删除，并且将集合Φ置空；重复本步骤，选出Nt-2个参与迫零的用户得到参与迫零算法的用户集合步骤7将Ψ中用户所对应的信道以及构建矩阵HΨ，然后进行执行迫零运算，就是基站BSk针对目标用户k(m)的下行协作波束成形向量。本专利技术的有益效果是：针对基站天线数小于系统总用户数和每小区多用户同时存在的场景，本专利技术利用正交投影算子可以准确地表示信道向量之间的近似度，从而有效选择出与其余信道向量最近似的信道向量，可以直接消除参与迫零算法的用户之间的干扰，而且使不能参与迫零算法的用户所遭受的干扰得到抑制，提高小区系统的吞吐率，并且投影算子可以重复使用，可以有效减少运算复杂度。附图说明图1是本专利技术下行协作迫零波束成形过程示意图。图2是系统结构示意图。具体实施方式本专利技术提供了一种基于正交投影算子的下行协作迫零波束成形方法。核心思想是利用正交投影算子，得到每一个下行信道向量到其余下行信道向量的投影长度之和，通过循环计算投影长度之和，选择出参与迫零算法的用户，进而得到实现小区间干扰抑制的下行协作波束成形向量，提高小区吞吐率。本专利技术包括以下步骤：步骤1：初始化，确定参与协作的基站和用户。确定参与协作的K个协作小区的基站BSk，k＝1,…,K，每个协作小区的协作用户数均是M个，小区k的M个协作用户分别为k(1)…k(m)…k(M)，由基站BSk服务，k(m)是目标用户。每个基站有Nt个发送天线，每个用户有1个接收天线。设置空集合和步骤2：基站获得其到所有协作用户的下行信道向量。基站BSk通过上、下信道的互易性，得到BSk到本小区用户k(i)的信道状态向量i＝1,…,M和BSk到其他基站BSf服务的同频用户f(j),f＝1,…,K,f≠k,j＝1,…,M的信道状态向量除之外的信道向量构成下行信道集合为然后对该集合中的信道向量按照其在Ω中的顺序重新标号，即步骤3：当Nt≥KM，直接进行迫零算法。将Ω中用户所对应的信道以及构建矩阵HΩ，即然后进行执行迫零运算，即就是基站BSk针对目标用户k(m)的协作波束成形向量。步骤4：当Nt<KM-1，基站计算每一个信道向量到其余信道向量的投影长度之和。基站BSk计算到其余信道向量g＝1,...,KM-1,g≠n的正交投影长度之和Sn，即其中Pg是正交投影算子，公式(2)中-1代表矩阵的伪逆运算，H代表矩阵的共轭转置运算。之后将Sn存入集合Φ中。同理，基站BSk计算Ω中每一个信道向量到其余信道向量的正交投影长度之和Sl,l＝1,...,KM-1，然后构成集合Φ＝{S1,...,Sn,...,SKM-1}。由于进行迫零运算的前提条件是信道向量数要不大于发送天线数，除去必须参与迫零运算的目标用户对应的信道还需要选择Nt-1个用户。步骤5：选择出第一个参与迫零的用户。基站BSk从集合Φ中选出最大值项，并将该最大值项所对应的用户记为存入Ψ，即，然后将从Ω中删除，即并且将集合Φ置空，即步骤6：选择出Nt-2个参与迫零的用户。按照公式(1)，基站BSk计算Ω中每一个信道向量到Ω中其余信道向量的正交投影长度之和，然后构成集合Φ＝{S1,....SKM-2}，再从集合Φ中选出最大值项，并将其对应的用户记为存入Ψ，即，然后将从Ω中删除，即并且将集合Φ置空，即将上述本步骤的内容循环，选出Nt-2个参与迫零的用户则可得到参与迫零算法的用户集合步骤7：基站BSk执行迫零算法，得到针对目标用户k(m)的波束成形向量。将Ψ中用户所对应的信道以及构建矩阵HΨ，即然后进行执行迫零运算，即就是基站BSk针对目标用户k(m)的下行协作波束成形向量。以下结合附图和实例对本专利技术基于正交投影算子的下行协作迫零波束成形技术作进一步详细描述。参照图1，描述了基于正交投影算子的下行协作迫零波束成形方法的总体流程，首先初始化，确定参与协作传输的小区基站和用户，然后基站获得其到所有协作用户的下行信道向量，并计算每一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于正交投影算子的协作迫零波束成形方法，其特征在于包括下述步骤：步骤1，确定参与协作的K个协作小区的基站BS

【技术特征摘要】
1.一种基于正交投影算子的协作迫零波束成形方法，其特征在于包括下述步骤：步骤1，确定参与协作的K个协作小区的基站BSk，k＝1,…,K，每个协作小区的协作用户数均是M个，小区k的M个协作用户分别为k(1)…k(m)…k(M)，由基站BSk服务，k(m)是目标用户；每个基站有Nt个发送天线，每个用户有1个接收天线；设置空集合和步骤2，基站BSk通过上、下信道的互易性，得到BSk到本小区用户k(i)的信道状态向量和BSk到其他基站BSf服务的同频用户f(j)的信道状态向量i＝1,…,M，f＝1,…,K，f≠k，j＝1,…,M，除之外的信道向量构成下行信道集合然后对该集合中的信道向量按照其在Ω中的顺序重新标号，即步骤3，当Nt≥KM，将Ω中用户所对应的信道以及构建矩阵HΩ，然后进行执行迫零...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄子甲，曾业，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61