基于全双工基站的多小区蜂窝网络干扰对齐方法技术

本发明专利技术提出了一种基于全双工基站的多小区蜂窝网络干扰对齐的方法，旨在提高多小区蜂窝网络系统的系统容量，实现步骤为：确定蜂窝小区位置坐标；选择用户组；构造干扰对齐矩阵、解码矩阵和接收矩阵；上行用户发送第一时隙上行信号，基站解码第一时隙上行信号，同时发送第一时隙下行信号；上行用户发送第二时隙上行信号，同时基站发送第二时隙下行信号；下行用户获取解码信号。本发明专利技术在每个蜂窝小区采用全双工基站，上行用户和基站分别通过两个时隙向基站和下行用户发送信号，并且每个蜂窝小区的基站与相邻小区的基站联合发送和解码信号，有效地消除了多蜂窝小区全双工通信的上下行干扰和小区间干扰，与现有技术相比，提高了系统的系统容量。

A Noise Alignment Method for Multi-cell Cellular Networks Based on Full Duplex Base Station

The invention proposes a method of interference alignment of multi-cell cellular network based on full duplex base station, aiming at improving the system capacity of multi-cell cellular network system. The implementation steps are: determining the location coordinates of cellular cells; selecting user groups; constructing interference alignment matrix, decoding matrix and receiving matrix; sending the first slot upstream signal by upstream users and decoding the first slot by base station. Line signal, while sending the first slot downlink signal; Uplink user sends the second slot upstream signal, while base station sends the second slot downlink signal; Downlink user obtains decoded signal. The invention adopts full duplex base station in each cellular cell, and the upstream user and the base station send signals to the base station and downstream user through two time slots respectively, and the base station of each cellular cell jointly transmits and decodes signals with the base station of adjacent cells, effectively eliminating the upstream and downstream interference and small interval interference of full duplex communication in multi-cellular cells, and improves the system compared with the existing technology. System capacity.

【技术实现步骤摘要】
一种基于全双工基站的多小区蜂窝网络干扰对齐方法
本专利技术属于通信
，涉及一种基于全双工基站的多小区蜂窝网络干扰对齐方法，可用于多小区蜂窝网络中基站工作在全双工模式下的无线通信系统中
技术介绍
在传统的蜂窝网络中，基站和用户都工作在半双工模式，即上行用户和下行用户分别工作在不同的频带，而全双工基站可以实现上、下行用户工作在相同的频带。相较于半双工通信，全双工通信在理论上可以提升一倍的系统容量。但是全双工通信也带来了两个亟待解决的新问题：一是基站端上行天线和下行天线之间存在自干扰；二是上行用户同基站进行传输时，同时存在这上行用户到下行用户的信道，因此会对下行用户的通信带来干扰。在多小区蜂窝网络的通信中，全双工通信带来的干扰更为显著，不仅有小区内的上下行用户间干扰，还有小区间的上下行用户干扰，此外还有小区间上行用户对基站的干扰以及小区间基站对下行用户的干扰，这些干扰大大损害了系统性能，降低了全双工带来的容量增益。目前已经有很多方法能够将基站端的自干扰消除，因此限制多小区全双工蜂窝网系统容量的主要因素就是上行用户对下行用户的同区和跨区干扰，上行用户对基站的跨区干扰以及基站对下行用户的跨区干扰。为了消除这些干扰，干扰管理成了多小区全双工通信的重要领域之一。常见的干扰管理技术有时分多址、频分多址、码分多址和干扰对齐等，干扰对齐可以有效地提高系统的容量，它的主要思想是通过发射端的编码矩阵使干扰和期望信号分别映射到不同的子空间，在接收端用干扰的零空间消除干扰。干扰对齐技术在单小区半双工通信中取得了良好的系统容量增益，但随着小区个数的增加，小区之间的干扰也随之增多，半双工向全双工通信的发展，引进了上行用户对下行用户的干扰，需要对齐的干扰越来越多，严重影响了干扰对齐对系统性能的改善。为了提高多小区上行蜂窝网络的系统容量，Vasilis等人在其发表的论文“Cellularinterferencealignment：omni-directionalantennasandasymmetricconfigurations”(IEEETransactionsonInformationTheory,2015,61(12):6663-6679)中，提出了一种针对多小区上行蜂窝网络的干扰对齐方法，该方法通过连续干扰抵消化小区间的双向干扰为单向干扰，再通过关闭部分蜂窝小区并在剩余的小区间实行分簇，使得簇内的各小区可以对齐来自相邻小区的干扰，获得更高的系统容量，该方法存在的缺陷是只考虑了上行蜂窝网络的通信，在上行用户与基站的通信过程中，下行用户无法同时通信，与基于全双工基站的蜂窝网通信相比，损失了系统容量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提出了一种基于全双工基站的多小区蜂窝网络干扰对齐的方法，旨在提高多小区蜂窝网络系统的系统容量。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)确定每个蜂窝小区位置的坐标：以包括L个蜂窝小区的全双工基站蜂窝网络中任意一个蜂窝小区为原点小区，L≥5，其位置坐标为(0，0)，以(0，0)和任意与原点小区相邻的蜂窝小区的中心点的连线为实轴正方向，采用爱斯坦森整数Z(ω)＝a+bω确定其他L-1个蜂窝小区位置的坐标(a,b)，i为虚数单位；(2)选择每个蜂窝小区的用户组：选择每个蜂窝小区中的一个上行用户和两个下行用户组成用户组；(3)利用全局信道状态信息，构造干扰对齐矩阵A、解码矩阵B和接收矩阵(4)每个用户组中的上行用户发送第一时隙的上行信号，基站解码第一时隙的上行信号，同时发送第一时隙的下行信号：(4a)每个用户组中的上行用户向基站发送第一时隙的上行信号：坐标为z的蜂窝小区的上行用户向同小区的基站发送第一时隙的上行信号与坐标为z的蜂窝小区相邻的坐标为z+1的蜂窝小区和坐标为z-1-ω的蜂窝小区的上行用户，各自向同小区的基站发送第一时隙的上行信号和(4b)每个用户组中的基站对第一时隙的上行信号进行解码：坐标为z、z-1和z+1+ω的蜂窝小区的基站采用解码矩阵，联合对各自接收到的的第一时隙上行信号和进行解码，得到解码的第一时隙上行信号和(4c)每个用户组中的基站向下行用户发送第一时隙的下行信号：将坐标为z的蜂窝小区的基站拟向同小区两个下行用户发送的下行信号sdz，以及坐标为z+1的蜂窝小区和坐标为z-1-ω的蜂窝小区的基站各自拟向同小区的两个下行用户发送的下行信号和组成列向量，并将干扰对齐矩阵与该列向量左乘，得到过渡矩阵，再将过渡矩阵的一二行三四行和五六行分别作为上述三个蜂窝小区的基站的预编码矩阵，分别与各自对应的和左乘，将左乘结果和作为第一时隙的下行信号，发送给各基站对应的下行用户；(5)每个用户组中的上行用户发送第二时隙的上行信号，同时基站发送第二时隙的下行信号：(5a)坐标为z的蜂窝小区的上行用户将第二时隙的附加相位与第一时隙发送的上行信号左乘，坐标为z+1的蜂窝小区的上行用户将第二时隙的附加相位与第一时隙发送的上行信号左乘，坐标为z-1-ω的蜂窝小区的上行用户将第二时隙的附加相位与第一时隙发送的上行信号左乘，并将左乘结果和分别作为上述三个蜂窝小区第二时隙的上行信号，发送给各小区上行用户对应的基站；(5b)坐标为z的蜂窝小区的基站将第二时隙的附加相位与第一时隙发送的下行信号左乘，坐标为z+1的蜂窝小区的基站将第二时隙的附加相位与第一时隙发送的下行信号左乘，坐标为z-1-ω的蜂窝小区的基站将第二时隙的附加相位与第一时隙发送的下行信号左乘，并将左乘结果和分别作为上述三个蜂窝小区第二时隙的下行信号，发送给各小区基站对应的下行用户；(6)每个蜂窝小区的用户组的下行用户获取解码信号：(6a)坐标为z的蜂窝小区的两个下行用户将第一时隙的接收矩阵和第二时隙的接收矩阵和分别与第一时隙的接收信号和第二时隙的接收信号和左乘，两者相加得到每个下行用户的解码信号和(6b)坐标为z+1的蜂窝小区的两个下行用户将第一时隙的接收矩阵和第二时隙的接收矩阵分别为和分别与第一时隙时的接收信号和第二时隙的接收信号和左乘，两者相加得到每个下行用户的解码信号和(6c)坐标为z-1-ω的蜂窝小区的两个下行用户将第一时隙的接收矩阵和第二时隙的接收矩阵和分别与第一时隙的接收信号和第二时隙的接收信号和左乘，两者相加得到每个下行用户的解码信号和本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：本专利技术在每个蜂窝小区采用全双工基站，上行用户和基站分别通过两个时隙向基站和下行用户发送上行信号和下行信号，并且每个蜂窝小区的基站与相邻小区的基站联合发送信号和解码信号，有效地消除了多蜂窝小区全双工通信的上下行干扰和小区间干扰，上行用户与基站通信的同时，下行用户可以无干扰的与基站通信，与现有技术相比，提高了系统的系统容量。附图说明图1为本专利技术的实现流程图；图2为本专利技术中确定蜂窝小区坐标所采用的爱斯坦森整数坐标图；图3为本专利技术和现有技术系统容量的仿真对比图。具体实施方式以下参照附图和具体实施例，对本专利技术作进一步详细描述。参照图1.一种基于全双工基站的多小区蜂窝网络干扰对齐方法，包括如下步骤：步骤1)确定每个蜂窝小区位置的坐标：每个蜂窝小区包括一个全双工基站、多个上行用户和多个下行用户，基站配置的天线数为M，上行用户和下行用户的配置的天线数均为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于全双工基站的多小区蜂窝网络干扰对齐方法，其特征在于包括如下步骤：(1)确定每个蜂窝小区位置的坐标：以包括L个蜂窝小区的全双工基站蜂窝网络中任意一个蜂窝小区为原点小区，L≥5，其位置坐标为(0，0)，以(0，0)和任意与原点小区相邻的蜂窝小区的中心点的连线为实轴正方向，采用爱斯坦森整数Z(ω)＝a+bω确定其他L‑1个蜂窝小区位置的坐标(a,b)，

【技术特征摘要】
1.一种基于全双工基站的多小区蜂窝网络干扰对齐方法，其特征在于包括如下步骤：(1)确定每个蜂窝小区位置的坐标：以包括L个蜂窝小区的全双工基站蜂窝网络中任意一个蜂窝小区为原点小区，L≥5，其位置坐标为(0，0)，以(0，0)和任意与原点小区相邻的蜂窝小区的中心点的连线为实轴正方向，采用爱斯坦森整数Z(ω)＝a+bω确定其他L-1个蜂窝小区位置的坐标(a,b)，i为虚数单位；(2)选择每个蜂窝小区的用户组：选择每个蜂窝小区中的一个上行用户和两个下行用户组成用户组；(3)利用全局信道状态信息，构造解码矩阵A、干扰对齐矩阵B和接收矩阵(4)每个用户组中的上行用户发送第一时隙的上行信号，基站解码第一时隙的上行信号，同时发送第一时隙的下行信号：(4a)每个用户组中的上行用户向基站发送第一时隙的上行信号：坐标为z的蜂窝小区的上行用户向同小区的基站发送第一时隙的上行信号坐标为z+1的蜂窝小区和坐标为z-1-ω的蜂窝小区的上行用户，各自向同小区的基站发送第一时隙的上行信号和(4b)每个用户组中的基站对第一时隙的上行信号进行解码：坐标为z、z-1和z+1+ω的蜂窝小区的基站采用解码矩阵，联合对各自接收到的的第一时隙上行信号和进行解码，得到解码的第一时隙上行信号和(4c)每个用户组中的基站向下行用户发送第一时隙的下行信号：将坐标为z的蜂窝小区的基站拟向同小区两个下行用户发送的下行信号以及坐标为z+1的蜂窝小区和坐标为z-1-ω的蜂窝小区的基站各自拟向同小区的两个下行用户发送的下行信号和组成列向量，并将干扰对齐矩阵与该列向量左乘，得到过渡矩阵，再将过渡矩阵的一二行三四行和五六行分别作为上述三个蜂窝小区的基站的预编码矩阵，分别与各自对应的和左乘，将左乘结果和作为第一时隙的下行信号，发送给各基站对应的下行用户；(5)每个用户组中的上行用户发送第二时隙的上行信号，同时基站发送第二时隙的下行信号：(5a)坐标为z的蜂窝小区的上行用户将第二时隙的附加相位与第一时隙发送的上行信号左乘，坐标为z+1的蜂...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟，刘祖军，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