一种基于干扰利用的多小区协作传输方案制造技术

本发明专利技术公开了一种基于干扰利用的多小区协作传输方案，在每个小区的基站配备M根天线，每个基站中服务的用户数量为K，所服务的用户配备单个天线；相邻两基站同时向两小区内所有服务用户发送信息；然后采用符号级预编码的方式，分别计算小区内用户接收的来自自身小区内基站发送信号和本小区基站发射信号泄露到相邻小区服务的用户处的干扰信号的衡量尺度；设计基站的预编码矢量最大化自身小区内服务用户接收信号最小衡量尺度与泄露信号最小衡量尺度加和；采用分布式处理方法分别求解相邻两个小区基站的最优预编码矢量，确定预编码方案。本发明专利技术提高了总体接收端接收信号的信号质量，降低了接收端的平均误符号率，提高了系统的吞吐量。

A Multi-cell Cooperative Transmission Scheme Based on Interference Utilization

The invention discloses a multi-cell cooperative transmission scheme based on interference utilization, in which M antennas are equipped at the base station of each cell, the number of users serving in each base station is K, and the users serving are equipped with a single antenna; two adjacent base stations send information to all service users in both cells at the same time; and then, using symbol-level precoding method, the users received in the cell are calculated separately. The measurement scales of interference signals leaked from base stations in their own cell and from base stations in their own cell to users serving in adjacent cells are designed; the precoding vector of base stations is designed to maximize the sum of the minimum measurement scales of received signals and the minimum measurement scales of leaked signals for service users in their own cell; and the distributed processing method is used to solve the minimum of base stations in two adjacent cells respectively. Pre-coding vectors are optimized to determine the pre-coding scheme. The invention improves the signal quality of the received signal at the overall receiving end, reduces the average symbol error rate at the receiving end, and improves the throughput of the system.

【技术实现步骤摘要】
一种基于干扰利用的多小区协作传输方案
本专利技术属于无线通信
，具体涉及一种基于干扰利用的多小区协作传输方案。
技术介绍
未来的通信系统对数据传输速率和服务质量提出了更高的要求。MIMO技术充分利用空间资源，可以显著提升数据的传输速率和系统容量。多小区系统中引入MIMO技术可以显著提高系统的吞吐量。然而由于基站发射功率一般较大,多个小区之间的干扰问题成为多小区MIMO系统不可忽略的问题。在下行多小区多用户系统中，考虑到基站的处理能力一般要远高于用户的处理能力，在基站处可采用预编码技术对发送信号预先处理来减少多用户之间的干扰。在多小区多用户系统中，系统性能将不可避免地受小区间干扰的限制，多小区下行协作预编码处理方式可分为两种：一种是联合处理方式，基站间共享数据信息和信道状态信息，基站间信息的共享会带来较大的系统开销；另一种是分布式处理，基站间共享部分信息，系统开销较少。采用分布式处理更易于实现。在传统的看法中，无线通信中的干扰被视为性能下降的原因。近几年关于干扰的有益性的研究越来越多。在传统的预编码处理方案中传统的预编码方式方案根据信道状态信息来进行设计，考虑干扰的有益性就需要考虑具体的发送数据信息，因此这种预编码方式也称为符号级预编码。符号级预编码通过考虑具体发送符号，将本来视为有害的干扰转化为有利于目标接收端检测的建设性干扰，增大了优化空间。传统预编码的将干扰视为有害的处理方式，在处理干扰的过程中减少了优化空间。在处理小区间干扰的过程中，约束对外干扰为建设性会牺牲很多的优化空间，当对外泄露的干扰信号造成的影响较小时，这种牺牲是没有必要的，系统可以将更多的优化空间来提高自身服务用户。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于干扰利用的多小区协作传输方案，给出了泄露的干扰信号在接收端有益性的和有害性的衡量尺度，灵活的扩展了优化空间，显著提高了接收端的信号质量，大大降低了系统的误符号率，提升了系统的归一化吞吐量。本专利技术采用以下技术方案：一种基于干扰利用的多小区协作传输方案，在每个小区的基站配备M根天线，每个基站中服务的用户数量为K，所服务的用户配备单个天线；相邻两基站同时向两小区内所有服务用户发送信息；然后采用符号级预编码的方式，分别计算小区内用户接收的来自自身小区内基站发送信号和本小区基站发射信号泄露到相邻小区所服务用户处泄露的干扰信号的衡量尺度；设计基站的预编码矢量最大化自身小区内服务用户接收信号最小衡量尺度与对外泄露信号最小衡量尺度加和；采用分布式处理方法分别求解相邻两个小区基站的最优预编码矢量，确定预编码方案。具体的，相邻两小区的基站共享数据信息但不共享新信道状态信息，两基站同时向所有用户发送MPSK调制方式的信息。具体的，利用对小区p内用户i发送的数据信息s为基站想要对用户发送的信息，表示发送数据信息的共轭，小区p内用户i接收的来自自身小区基站有用信号部分的衡量尺度表示为：其中，表示来自小区p基站与自身小区内的用户i的信道系数，xp为基站的天线发送信号预编码矢量；p＝1,2；i＝1,2,…,K；具体的，利用对小区q内用户i发送的数据信息s为基站想要对用户发送的信息，表示发送数据信息的共轭，小区q内用户i接收的来自相邻小区p内服务基站泄露信号部分的衡量尺度表示如下：其中，表示小区q基站与小区p内的用户i信道系数；p＝1,2；q＝1,2；i＝1,2,…,K；p≠q；进一步的，采用符号级预编码的方式，考虑具体发送符号，根据信道状态信息和发送数据信息，确定小区p内用户i接收信号的表达式为其中，为接收端的有用信号，为基站p内的用户i处加性高斯白噪声信号。具体的，使用凸优化工具箱CVX对目标函数和约束条件构成的优化问题进行求解，得到基站p的最优预编码矢量xp。进一步的，利用对小区p内用户i发送的数据信息和对小区q内用户i发送的数据信息和表示发送数据信息的共轭，目标函数表示如下：其中，表示来自小区p基站与自身小区内的用户i的信道系数，表示小区p内基站与小区q内的用户i信道系数，φp为小区p内的用户集合，φq为小区q内的用户集合，p＝1,2；q＝1,2；i＝1,2,…,K；p≠q；进一步的，求解最优预编码矢量xp来最大化自身小区内服务用户接收信号最小衡量尺度与泄露信号最小衡量尺度加和如下：maxλpp+λqp等价于：其中，设自身小区内服务用户接收信号衡量尺度均大于λpp，即泄露信号在其他小区接收端的衡量尺度均大于λqp，即更进一步的，对于单个基站的发射功率进行最大功率Pp约束如下：||xp||2≤Pp。进一步的，约束条件表示如下：其中，i∈φp，表示来自小区p基站与自身小区内的用户i的信道系数，xp为基站的天线发送信号预编码矢量，p＝1,2，i＝1,2,…,K，与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术一种基于干扰利用的多小区协作传输方案，预编码方案不仅考虑提升自身小区服务用户接收信号的信号质量，也考虑了泄露的干扰信号对其他小区内的接收端有益性的和有害性的影响，提高泄露信号在其他小区内的接收端的衡量尺度就可以提高接收端接收总信号的衡量尺度，从而提高了总体接收端接收信号的信号质量，降低了系统的平均误符号率，系统模型简单，适用于分布式多小区通信系统。进一步的，利用基站与用户间的信号系数和目标发送信息，本专利技术给出了基站对外泄露的干扰信号在其他小区接收端有益性的和有害性的衡量尺度，将泄露干扰信号衡量尺度的适用范围扩展到了整个复平面区域。进一步的，在证明优化问题是一个凸问题后，使用凸优化工具箱CVX对优化问题进行求解，可以直接求得优化问题的最优解。进一步的，目标函数同时考虑了自身小区服务用户接收信号与对外泄露的干扰信号，既提升自身小区服务用户接收信号的衡量尺度，也提升对外泄露的干扰信号的衡量尺度。在泄露信号对接收端影响较小时，目标函数将更关注提升自身小区服务用户接收信号的衡量尺度，且允许泄露的干扰信号的衡量尺度小于零，增大了优化空间。进一步的，采用最大化最小衡量尺度加和作为优化目标，设计方案简单易实现。进一步的，发射基站功率约束保证了发射功率不超过基站最大发射功率；对自身小区服务用户衡量尺度的约束避免了某些特殊信道状态下自身小区内服务用户被忽视。综上所述，本专利技术预编码方案不仅考虑提升自身小区服务用户接收信号的信号质量，也考虑了泄露信号对其他小区内的接收端有益性的和有害性的影响，将对外泄露的干扰信号的衡量尺度的适用范围扩展到了整个复平面区域，允许泄露的干扰信号的衡量尺度小于零，增大了优化空间；对自身小区服务用户衡量尺度的约束，保证了自身小区服务用户不被忽视。通过提高泄露干扰信号在其他小区内的接收端的衡量尺度就可以提高接收端接收总信号的衡量尺度，从而提高了总体接收端接收信号的信号质量，降低了系统的平均误符号率，提高了系统的吞吐量。系统模型简单，适用于分布式多小区通信系统。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为本专利技术的系统模型；图2为本专利技术所提方案的系统平均误符号率随发射信噪比变化图；图3为用户的归一化吞吐量随发射信噪比变化图。具体实施方式本专利技术提供了一种基于干扰利用的多小区协作传输方案，所应用的无线传输系统包含两个小区，每个小区的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于干扰利用的多小区协作传输方案，其特征在于，在每个小区的基站配备M根天线，每个基站中服务的用户数量为K，所服务的用户配备单个天线；相邻两基站同时向两小区内所有服务用户发送信息；然后采用符号级预编码的方式，分别计算小区内用户接收的来自自身小区内基站发送信号和本小区基站发射信号泄露到相邻小区所服务用户处泄露的干扰信号的衡量尺度；设计基站的预编码矢量最大化自身小区内服务用户接收信号最小衡量尺度与对外泄露信号最小衡量尺度加和；采用分布式处理方法分别求解相邻两个小区基站的最优预编码矢量，确定预编码方案。

【技术特征摘要】
1.一种基于干扰利用的多小区协作传输方案，其特征在于，在每个小区的基站配备M根天线，每个基站中服务的用户数量为K，所服务的用户配备单个天线；相邻两基站同时向两小区内所有服务用户发送信息；然后采用符号级预编码的方式，分别计算小区内用户接收的来自自身小区内基站发送信号和本小区基站发射信号泄露到相邻小区所服务用户处泄露的干扰信号的衡量尺度；设计基站的预编码矢量最大化自身小区内服务用户接收信号最小衡量尺度与对外泄露信号最小衡量尺度加和；采用分布式处理方法分别求解相邻两个小区基站的最优预编码矢量，确定预编码方案。2.根据权利要求1所述的基于干扰利用的多小区协作传输方案，其特征在于，相邻两小区的基站共享数据信息但不共享新信道状态信息，两基站同时向所有用户发送MPSK调制方式的信息。3.根据权利要求1所述的基于干扰利用的多小区协作传输方案，其特征在于，利用对小区p内用户i发送的数据信息s为基站想要对用户发送的信息，表示发送数据信息的共轭，小区p内用户i接收的来自自身小区基站有用信号部分的衡量尺度表示为：其中，表示来自小区p基站与自身小区内的用户i的信道系数，xp为基站的天线发送信号预编码矢量；p＝1,2；i＝1,2,…,K；4.根据权利要求1所述的基于干扰利用的多小区协作传输方案，其特征在于，利用对小区q内用户i发送的数据信息s为基站想要对用户发送的信息，表示发送数据信息的共轭，小区q内用户i接收的来自相邻小区p内服务基站泄露信号部分的衡量尺度表示如下：其中，表示小区q基站与小区p内的用户i信道系数；p＝1,2；q＝1,2；i＝1,2,…,K；p≠q；5.根据权利要求3或4所述的基于干扰利用的多小区协作传输...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕刚明，杨建平，李鲁朋，廖学文，李国兵，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61