基于分組的多用戶蜂窩小區(qū)干擾對(duì)齊系統(tǒng)及其算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種MMO多用戶蜂窩干擾對(duì)齊系統(tǒng)及 其算法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著第三代和第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)的出現(xiàn)，開放的無線接入環(huán)境中的終 端用戶數(shù)目的急劇上升，導(dǎo)致小區(qū)邊緣用戶或讓無線通信環(huán)境變得更為復(fù)雜，通信環(huán)境中 的干擾日益嚴(yán)重，導(dǎo)致系統(tǒng)通信質(zhì)量下降，干擾問題成為現(xiàn)代無線通信發(fā)展的瓶頸，故如何 消除有效消除干擾具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。
[0003] 干擾對(duì)齊（Interference Alignment)技術(shù)作為一種有效消除通信系統(tǒng)中用戶間 干擾、成倍提高系統(tǒng)通信速率的技術(shù)，近年來受到了研宄人員的廣泛關(guān)注。它的主要思想是 每個(gè)發(fā)送端利用獲取的信道狀態(tài)狀態(tài)信息，設(shè)計(jì)合理的預(yù)編碼矩陣，使得接收端接收到的 干擾信號(hào)能在空間中對(duì)齊，從而接收端在有限的信號(hào)維度下，增大了期望信號(hào)的維度，提高 系統(tǒng)的傳輸速率。
[0004] 干擾對(duì)齊技術(shù)起源于對(duì)干擾信道的研宄，因此目前對(duì)于干擾信道中的干擾對(duì)齊算 法的研宄已經(jīng)較為成熟，然而，隨著蜂窩通信的發(fā)展，復(fù)雜的蜂窩小區(qū)通信環(huán)境已經(jīng)逐漸取 代了簡(jiǎn)單的干擾信道。
[0005] 由于蜂窩系統(tǒng)較普通的干擾信道復(fù)雜，故針對(duì)蜂窩系統(tǒng)的干擾對(duì)齊算法的研宄成 果較少。蜂窩系統(tǒng)的干擾對(duì)齊算法一般分為兩類，迭代干擾對(duì)齊算法和空間線性干擾對(duì)齊 算法，線性的蜂窩系統(tǒng)干擾對(duì)齊算法計(jì)算量和復(fù)雜度相對(duì)較低，在實(shí)際應(yīng)用中有一定的優(yōu) 勢(shì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于分組的多用戶蜂窩小區(qū)干擾對(duì)齊系 統(tǒng)，包括： CSI獲取模塊，位于發(fā)送端，用于獲取各信道狀態(tài)信息CSI ; 預(yù)編碼設(shè)計(jì)模塊，位于發(fā)送端，用于設(shè)計(jì)預(yù)編碼矢量； 共享模塊：位于發(fā)送端，用于發(fā)送端間共享預(yù)編碼和信道狀態(tài)信息； 功率控制模塊：位于發(fā)送端，用于量化發(fā)送端發(fā)送信號(hào)，控制發(fā)送功率； 干擾消除模塊：位于接收端，用于消除接收到的已對(duì)齊的干擾信號(hào)，從而恢復(fù)出當(dāng)前用 戶對(duì)發(fā)送端發(fā)送的符號(hào)。
[0007] 本發(fā)明還提供了基于上述系統(tǒng)的線性干擾對(duì)齊算法，包括以下步驟：對(duì)于G個(gè)相 鄰小區(qū)，每個(gè)小區(qū)包含K個(gè)用戶的通信系統(tǒng)（G，K)，將系統(tǒng)中的G*K個(gè)用戶分成K組；然后 針對(duì)每個(gè)接收端接收到的干擾信號(hào)，按照分組將系統(tǒng)中的干擾進(jìn)行對(duì)齊，減小每個(gè)基站的 干擾信號(hào)的維度；最后在接收端利用矩陣計(jì)算性質(zhì)將用戶間的干擾分布式消除。
[0008] 所述的干擾對(duì)齊算法指線性干擾對(duì)齊算法：對(duì)于（G，K)系統(tǒng)，接收端i會(huì)受到來自 K個(gè)分組的干擾，而每個(gè)分組中均含有一個(gè)有用信號(hào)，將其他干擾信號(hào)對(duì)齊至一個(gè)方向上， 從而對(duì)于每一個(gè)接收端i，其會(huì)接收到來自對(duì)齊到K個(gè)方向上的干擾，對(duì)齊后即可用線性干 擾經(jīng)典算法計(jì)算出干擾對(duì)齊預(yù)編碼矩陣。
[0009] 在接收端采用分布式干擾消除算法，其應(yīng)用了矩陣計(jì)算性質(zhì)將系統(tǒng)中對(duì)齊的干擾 信號(hào)進(jìn)行消除，即若矩陣A與B均為復(fù)數(shù)矩陣，當(dāng)滿足AB = E，E為單位陣，則B的第i列的 共軛轉(zhuǎn)置乘以A的第i列等于1，乘以A其他列均為0,從而計(jì)算出干擾消除矩陣。
[0010] 該算法基于分組思想，將各小區(qū)的用戶進(jìn)行分組，然后通過在發(fā)射端設(shè)計(jì)合理的 預(yù)編碼矩陣將系統(tǒng)中的干擾進(jìn)行空間維度上的對(duì)齊，最后在接收端采用矩陣性質(zhì)將已對(duì)齊 的干擾分布式消除。相比以往的算法，在獲得同樣自由度的情況下，本發(fā)明提出的算法接收 端需要的天線配置更低，降低了算法的復(fù)雜度，同時(shí)能獲得更高的系統(tǒng)通信速率。
[0011] 本發(fā)明的算法應(yīng)用于下述場(chǎng)景：多小區(qū)每小區(qū)邊緣有多個(gè)用戶的上行蜂窩系統(tǒng) 中，假設(shè)每個(gè)移動(dòng)終端/用戶（Mobile station, MS)和基站（Base station, BS)的天線數(shù) 分別為M，N每個(gè)小區(qū)邊緣有K個(gè)通信用戶，每個(gè)基站受到G個(gè)相鄰小區(qū)中用戶信號(hào)的干擾。 表示從用戶到基站的維信道矩陣，它的每個(gè)元素獨(dú)立同分布，滿足均值為零、方差為1的復(fù) 高斯分布，且每個(gè)信道為常信道或者滿足平坦塊衰落信道模型。假設(shè)所有用戶都能獲得所 有信道狀態(tài)信息（Channel State Information, CSI) 〇
[0012] 本發(fā)明提出的干擾對(duì)齊算法具體操作步驟包括： (1)通過CSI獲取模塊得到上行信道中的信道狀態(tài)信息。
[0013] (2)將個(gè)小區(qū)的用戶根據(jù)需要進(jìn)行分組，傳統(tǒng)的蜂窩小區(qū)的干擾對(duì)齊算法中，各個(gè) 接收端處理干擾的方式都是將來自其他各個(gè)小區(qū)的干擾對(duì)齊到相應(yīng)的空間維度上，而本發(fā) 明提出的算法是先將各個(gè)小區(qū)中所有的用戶按照要求分組，然后對(duì)已經(jīng)分組的用戶進(jìn)行干 擾信號(hào)的對(duì)齊和消除。
[0014] (3)用戶被分為不同的用戶組后，復(fù)雜的多小區(qū)蜂窩系統(tǒng)就可以看成是多個(gè)收發(fā) 端之間的干擾信道，降低算法的復(fù)雜度，設(shè)計(jì)每個(gè)用戶的預(yù)編碼矢量，將干擾信號(hào)進(jìn)行空間 維度的對(duì)齊，減少一半小區(qū)間的干擾維度空間。
[0015] (4)利用矩陣思想將每個(gè)用戶的有效信道和對(duì)齊后的有效小區(qū)間的干擾信道聯(lián) 合，設(shè)計(jì)出干擾消除矢量，將干擾消除，提高系統(tǒng)的通信質(zhì)量。
[0016] 本發(fā)明提出的算法充分利用了天線的維度和干擾對(duì)齊的特性。三對(duì)用戶干擾信道 的經(jīng)典線性干擾對(duì)齊算法是最能體現(xiàn)干擾對(duì)齊算法優(yōu)勢(shì)和最佳利用天線維度的范例。而本 發(fā)明的算法則利用了這個(gè)優(yōu)勢(shì)，首先將復(fù)雜的蜂窩系統(tǒng)的干擾對(duì)齊問題簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)單的干擾 信道干擾對(duì)齊問題，然后引用經(jīng)典的三對(duì)用戶的干擾對(duì)齊算法進(jìn)行求解，實(shí)現(xiàn)蜂窩系統(tǒng)的 干擾對(duì)齊。在三個(gè)小區(qū)的蜂窩系統(tǒng)中，當(dāng)每個(gè)小區(qū)邊緣有兩個(gè)用戶，每個(gè)用戶發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù) 流時(shí)，基站和用戶端天線數(shù)之和必須滿足M+N多7,傳統(tǒng)算法中要求M+N = 9,而本發(fā)明算法 中M+N = 8,可見在滿足特定需求的情況下本發(fā)明提出的算法對(duì)天線的配置要求更低。
[0017] 本發(fā)明針對(duì)基于分組思想的MM0蜂窩系統(tǒng)，提供