一種基于帶內自回傳的干擾抑制方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線通信干擾抑制方法技術領域，具體涉及采用帶內自回傳技術的高 密度小基站系統(tǒng)的干擾抑制方法。
【背景技術】
[0002] 隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，數(shù)據(jù)業(yè)務的需求呈現(xiàn)爆炸式的增長。《國際電子與電 氣工程師協(xié)會通信摘要》("What Will 5G Be? "Selected Areas in Communications, IEEE Journal on.，vol. 32, no. 6, pp. 1065-1082, June. 2014)指出，小基站的高密度部署是滿足 5G通信系統(tǒng)提出的無線數(shù)據(jù)速率提高1000倍目標的主要手段之一。小基站部署密度變高 帶來了小基站回傳網(wǎng)絡以及小站間干擾嚴重等挑戰(zhàn)。《頂T-2020(5G)推進組》（"5G無線 技術架構白皮書"May. 2015)中指出，自回傳技術由于采用時分或頻分的方式復用現(xiàn)有的無 線資源，不需要部署額外的光纖電纜等基礎設施或購買新的授權頻段用于帶外回傳數(shù)據(jù)傳 輸，可以滿足高密度小基站對回傳網(wǎng)絡靈活性與低成本的要求。
[0003] 經(jīng)文獻檢索發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有利用多點協(xié)作進行干擾抑制方法，主要包括聯(lián)合傳輸 (Joint Processing, JP)和協(xié)作波束成型（Coordinated Beamforming，CB)?！秶H電 子與電氣工程師協(xié)會國際通信會議》（"MMSE optimization with per-base-station power constraints for network MIM0 systems'，Communications, 2008. ICC'08. IEEE International Conference on)基于理想回傳，提出了小基站采用完全協(xié)作法（Full JP) 進行相干聯(lián)合傳輸，可以獲得最大的協(xié)作增益。但是該方法沒有考慮帶來的回傳開銷，基 于帶內自回傳，消耗回傳鏈路資源過多，造成可用的接入資源減少。《國際電子與電氣工 程師協(xié)會通信摘要》（"Joint Base Station Clustering and Beamformer Design for Partial Coordinated Transmission in Heterogeneous Networks'，Selected Areas in Communications, IEEE Journal on.，vol. 32(6)，pp. 1065-1082, 2014)基于帶外有限容量 的回傳，提出以用戶角度為每個用戶指定協(xié)作基站簇的部分協(xié)作傳輸（Partial JP)方法。 但是采用帶內自回傳技術的高密度小基站系統(tǒng)的無線傳輸分為回傳和接入兩個部分。協(xié)作 簇內的小基站，其接入傳輸需要滿足相干協(xié)作傳輸同時同頻的要求，可用的回傳資源受到 簇內其他小基站的影響，因此不同小基站自回傳資源分配的差異，小基站回傳負載的不均 衡會帶來協(xié)作開銷。上述利用多點協(xié)作進行干擾抑制方法只關注接入鏈路上的協(xié)作簇形成 與相應的預編碼設計，不能根據(jù)自回傳鏈路速率調整多點協(xié)作程度，分簇不夠靈活，不能均 衡小基站回傳負載，協(xié)作開銷大。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于帶內自回傳的干擾抑制方法，在采用帶內自回 傳技術的高密度小基站系統(tǒng)中，通過對自回傳資源分配與接入鏈路預編碼的聯(lián)合設計，實 現(xiàn)在接入鏈路以用戶為中心構建小基站協(xié)作簇，簇內進行部分協(xié)作抑制小基站間的同頻干 擾，自適應的根據(jù)自回傳鏈路速率調整協(xié)作簇的大小，在聯(lián)合設計過程中考慮小基站的回 傳負載，減小不同小基站自回傳資源分配的差異性，均衡小基站的回傳負載，降低協(xié)作開 銷，提高系統(tǒng)的下行接入鏈路吞吐量，克服現(xiàn)有方法直接應用到無線自回傳場景的基站回 傳負載的不均衡，協(xié)作開銷大，不能靈活調整協(xié)作程度的弊端。
[0005] 本發(fā)明基于帶內自回傳的干擾抑制方法，在采用帶內自回傳技術的高密度小基站 系統(tǒng)S8中，系統(tǒng)包含一個宏基站S1和多個無線帶內自回傳小基站S2以及若干用戶S3,所 述帶內自回傳小基站的無線傳輸鏈路分為接入鏈路S5與自回傳鏈路S4兩個部分；宏基站 作為一個中心處理單元通過專用的光纖回傳鏈路S6從核心網(wǎng)網(wǎng)關S7獲取用戶的數(shù)據(jù)并通 過自回傳鏈路下發(fā)給小基站，小基站通過接入鏈路將數(shù)據(jù)發(fā)送給用戶；
[0006] 其特征在于：
[0007] 宏基站收集其到所有小基站的自回傳鏈路信道以及小基站到用戶的接入鏈路信 道的信道狀態(tài)信息，利用虛擬完全協(xié)作法，確定自回傳資源分配因子的初始搜索區(qū)間上界， 進而利用區(qū)間消去法確定三個自回傳資源分配因子搜索值；在確定的資源分配因子搜索 值條件下，基于分塊坐標下降法，根據(jù)接收矢量更新公式、輔助變量更新公式以及利用優(yōu)化 工具求解的考慮小基站回傳負載的組稀疏優(yōu)化問題，通過交替迭代得到組稀疏化的預編碼 矩陣；利用區(qū)間消去法確定最優(yōu)的自回傳資源分配因子和相應的組稀疏化預編碼矩陣；宏 基站根據(jù)上述自回傳資源分配與接入鏈路預編碼矩陣的聯(lián)合設計結果，設置自回傳資源分 配，并通過自回傳鏈路下發(fā)用戶數(shù)據(jù)和組稀疏化的預編碼矩陣給小基站；在接入鏈路，小基 站根據(jù)稀疏化的預編碼構建以用戶為中心可控大小的小基站協(xié)作簇進行部分協(xié)作；
[0008] 具體操作步驟如下：
[0009] 第一步，宏基站收集其到所有小基站的自回傳鏈路信道以及小基站到用戶的接入 鏈路信道的信道狀態(tài)信息，利用虛擬完全協(xié)作法，即將小基站全部無線時頻資源用于接入 鏈路資源傳輸，所有小基站為系統(tǒng)內的所用用戶進行完全協(xié)作，利用完全協(xié)作方法（Full JP)求得對應最大的協(xié)作增益的系統(tǒng)所有用戶接入鏈路和速率rFu11'利用資源分配比例 因子搜索區(qū)間上界公式（1)
[0010]
⑴
[0011] 確定自回傳資源分配因子0的初始搜索區(qū)間的上界#，自回傳資源分配因子0 指無線自回傳小基站自回傳鏈路占用的時頻資源與小基站全部時頻資源的比例，是通 過小基站反饋得到的小站1的回傳鏈路速率；
[0012] 利用區(qū)間消去法，設置搜索區(qū)間的下界a = 0,搜索區(qū)間的上界,6=區(qū)間長度為 乙=&一議根據(jù)區(qū)間消去法初始搜索值設置公式⑵：
[0013]0j=a+L/4
[0014] 02=b-L/4 (2)
[0015] 0m= (a+b)/2
[0016] 設置資源分配因子的三個搜索值PdP 2,后
[0017] 初始化相關參數(shù)：初始化每個小站的發(fā)射預編碼，隨機生成預編碼，使生成的預編 碼矢量滿足小基站的單基站功率約束；利用用戶速率計算公式（3)
[0018]
m
[0019] 求得用戶速率Rk，將其作為迭代算法中用戶速率的初始化迭代值矣，其中小基 站的發(fā)射天線數(shù)M，用戶接受天線數(shù)為N，< 表示基站1到用戶k的預編碼矢量，
為所有小基站到用戶k的預編碼矢量，/C={1，2,…，為所有小基 站用戶的集合，€={1，…，為系統(tǒng)內所有小基站的集合；為所有小基站到用 戶k的信道，通過小基站向宏基站的反饋獲得，4為將用戶k的噪聲建模為加性高斯白噪 聲的均方差；初始化預編碼心范數(shù)近似的權值￥ = 1，初始化輔助變量值wk= 1 ;
[0020] 第二步，在自回傳資源分配比例因子0分別取Pi，02, 0"的條件下，利用干擾信 道加權和速率與最小化和加權均方誤差的等價關系，采用分塊坐標下降法，分別更新用戶 接收矢量，輔助變量以及預編碼矢量：
[0021] 利用最優(yōu)的用戶接收矢量更新公式（4)
[0022]
(4)
[0023]，更新每個用戶的線性接受矢量；
[0024] 利用均方差計算公式（5)
[0025]
(:5)
[0026] 計算每個用戶的均方差，其中％表示用戶k的均方差；將當前輔助變量值賦值保 存為w' k，利用輔助變量更新公式（6)
[0027] wk= e k1 (6)
[0028] 更新輔助變量wk;
[0029]利用現(xiàn)有的凸優(yōu)化工具，根據(jù)考慮小基站回傳負載的組稀疏優(yōu)化問題公式（7)，
[0030]