专利名称：一种联合分布式空时编码的下行多基站协同系统干扰消除方法
技术领域：
本发明涉及的是一种协同通信系统中的干扰消除方法，特别是一种联合分布式空时编码的下行多基站协同系统干扰消除方法，属于无线通信技术领域。
背景技术：
小区间干扰被认为是无线蜂窝网络中的一个重要的性能瓶颈，特别是小区边缘用户通常会受到严重的小区间干扰，从而为了消除干扰，传统的蜂窝系统使用频分多址/时分多址技术，但是这是以牺牲频率效率为代价的。另一方面，多蜂窝联合处理被认为是消除小区边缘用户受到的小区间干扰的关键技术，通过这种方法，蜂窝间干扰通过临近基站间的协同传输被转换成有用信号，从而消除其对小区边缘用户信号传输的影响。基站间协同有三种主要的方式1)由固定基站数目组成的协同簇联合处理接收到的信号。每个簇然后联合解调本簇内所有用户的信号，此时移动终端用户存在着簇与簇间的干扰。2)根据某些约束条件形成的不同基站数目组成的动态簇。3)为了减少网络信息交换，不用与移动交换中心通信的仅两临近小区的基站协同传输信号。基站协同可以采用多种方式，例如脏纸编码，TH预编码等，但是，这些方法过于复杂，难于在实际通信系统中实现。对于下行链路而言，如果所有用户的信道状况在基站端已知，那么可以使用不同的传输预编码方案。通常的预编码方案在接收端有基于信干燥比为目标函数的预编码，还有以最大速率传输为目标函数的预编码，但是这些方法由于在高信噪比时遭受严重的小区间干扰而使得系统性能产生很高的错误平层。上行链路联合分布式空时编码是两移动用户作为彼此的协同伙伴传输自身以及对方的信号，并且以分布式的方式使用空时编码来发送信号从而进一步提高系统性能。相比传统的分布式空时编码，联合分布式空时编码的发送方案传输效率更高。已有的上行联合分布式空时编码都是在接收端来消除干扰，然而这种模型并不适合下行链路。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提出一种多基站协同通信系统中小区间干扰消除的方法，从而解决下行链路信号传输中小区间干扰对移动用户接收信号的影响，尤其是小区边缘用户所受到的来自相邻小区较强的小区间干扰对其自身通信造成的影响。本发明提出的协同通信小区间干扰消除算法，能有效地消除小区间干扰，提高频谱效率和协同通信系统传输的可靠性。
为了达到上述目的，本发明采用下述技术方案
一种多基站协同通信系统中下行链路小区间干扰消除方法，应用于一个两基站和两用户的协同通信系统，每个基站配置两根发送天线，每个用户配置单接收天线。两个基站工作在相同的频率上，并且基站与基站之间通过双向专用链路进行信息交换。该方法在假设基站与用户间的信道状况的情况下，将协同通信系统的每一帧信号传输分为两个子帧，听子帧和协同子帧。在听子帧的传输时隙，各个基站同时发送信号给本小区内的用户，此时用户会接收到来自相邻小区的小区间干扰；在协同子帧的传输时隙，每个基站作为相邻基站的协同基站，发送包括它自身的信号和协同基站的信号到移动用户。然后通过在听子帧传输时隙进行一个类似于块对角的预编码设计，消除移动用户接收到的小区间干扰信号；在协同子帧传输时隙中各基站内部发送天线上使用Alamouti空时编码，两基站间天线使用联合分布式空时编码，并根据联合分布式空时编码的等效矩阵特点进行预编码的设计，从而有效的分离出协同传输各时隙用户所需的信号。其具体步骤为
(1)两个相邻小区的基站首先发送导频信号给各自小区的用户和对方小区的用户以获取两基站与两个用户之间的信道信息，并且两个基站通过有线连接的专用信道将信号发送给对方准备进行协同子巾贞时隙的信号传输。
(2)在听子帧传输时隙，根据步骤(I)中两个基站获取的基站与用户间的信道信息设计预编码矩阵，其思想是迫使干扰信号为零，使得移动用户接收到的干扰信号与有用信号正交，从而可以有效的分离出听子帧的传输时隙用户所接收到的有用信号。(3)两个基站通过预编码以直传的方式直接发送信号给本小区用户。(4)在协同子帧传输时隙，在各自基站内部的两根发射天线上使用Alamouti空时编码，两个基站之间使用联合分布式空时编码同时发送本基站以及协同基站的信号至两小区的移动用户，根据编码的等效信道矩阵形式设计基于块对角的迫零预编码矩阵，所设计的预编码矩阵迫使对方小区信号与本小区信号正交，进而可以有效的分离出各自小区用户所接收到的有用信号。(5)两个基站通过所设计的预编码矩阵和信道编码发送本小区和对方小区的联合信号。(6)将听子帧传输时隙所接收到的信号与协同子帧传输时隙接收到的信号进行最大比合并，从而解调出每个用户接收到的有用信号信息。上述步骤(2)和(4)中的在听子帧传输时隙的预编码的设计和在协同子帧传输时隙信道编码和预编码的设计；其具体步骤为
2-1)听子帧传输时隙预编码的设计假设每个基站所广播的信息是由信息块
权利要求
1.一种多基站协同通信系统中下行链路小区间干扰消除方法，其特征在于，一个两基站和两用户的协同通信系统，每个基站配置两根发送天线，每个用户配置单接收天线；两个基站工作在相同的频率上，并且基站与基站之间通过双向专用链路进行信息交换；在假设基站与用户间的信道状况的情况下，将协同通信系统的每一帧信号传输分为两个子帧，即听子帧和协同子帧；在听子帧的传输时隙，各个基站同时发送信号给本小区内的用户，此时用户会接收到来自相邻小区的小区间干扰；在协同子帧的传输时隙，每个基站作为相邻基站的协同基站，发送包括它自身的信号和协同基站的信号到移动用户，然后通过在听子帧传输时隙进行一个类似于块对角的预编码设计，消除移动用户接收到的小区间干扰信号；在协同子帧传输时隙中各基站内部发送天线上使用Alamouti空时编码，两基站间天线使用联合分布式空时编码，并根据联合分布式空时编码的等效矩阵特点进行预编码的设计，从而有效的分离出协同传输各时隙用户所需的信号；其具体步骤为 1)两个相邻小区的基站首先发送导频信号给各自小区的用户和对方小区的用户以获取两基站与两个用户之间的信道信息，并且两个基站通过有线连接的专用信道将信号发送给对方准备进行协同子巾贞传输时隙的信号传输； 2)在听子帧传输时隙，根据步骤I)中两个基站获取的基站与用户间的信道信息设计预编码矩阵，其思想是迫使干扰信号为零，使得移动用户收到的干扰信号与有用信号正交，从而可以有效的分离出听子帧的传输时隙用户所接收到的有用信号； 3)两个基站通过预编码以直传的方式直接发送信号给本小区用户； 4)在协同子帧传输时隙，在各自基站内部的两根发射天线上使用Alamout空时编码，两个基站之间使用联合分布式空时编码同时发送本基站以及协同基站的信号至两小区的移动用户，根据编码的等效信道矩阵形式设计基于块对角的迫零预编码矩阵，所设计的预编码矩阵迫使对方小区信号与本小区信号正交，进而可以有效的分离出各自小区用户所接收到的有用信号； 5)两个基站通过所设计的预编码矩阵和信道编码发送本小区和对方小区的联合信号; 6)将听子帧传输时隙所接收到的信号与协同子帧传输时隙接收到的信号进行最大比合 并，从而解调出每个用户接收到的有用信号信息。
2.如权利要求I所述的多基站协同通信系统中下行链路小区间干扰消除方法，其特征在于所述步骤2)和4)中的在听子帧传输时隙的预编码的设计和在协同子帧传输时隙信道编码和预编码的设计；其具体步骤为 2-1)听子帧传输时隙预编码的设计假设每个基站所广播的信息是由信息块Sw=[SJnf) §Jn+im组成，其中m=l，2;这里m代表第m个基站，η代表在第η个传输间隔，i代表第i对传输信号；则在听子帧传输时隙，用户所接收到的信号可以表示为 其中H&_表示第j个基站与第j个用户在听子帧传输时隙的I x 2维信道增益，H￥表示第k个基站与第j个用户在听子帧传输时隙的I 2维信道增益，\是2维线性高斯白噪声表示在听子帧传输时隙来自对方基站的蜂窝间干扰；以 用户I为例，为了消除蜂窝间干扰，用户j接收到信号&又可以写作>这里Hll = Ihll ，Hn = [Phl fy , w= [w, W2]是预编码矩阵，Λ/是加性高斯白噪声， 设计的预编码矩阵要迫使Hywi = D , k ^ j,其中％ 0=1, 2)为第j个基站的预编码 矩阵，因此，预编码矩阵可以设计为 2-2)协同子帧传输时隙联合分布式空时编码和预编码的设计在协同子帧传输时隙，各自基站内部的两根发射天线上使用Alamouti空时编码，两个基站之间使用联合分布式空时编码同时发送本基站以及协同基站的信号至两小区的移动用户，移动用户所接收到的信号是来自两个协同基站传输路径信号的线性组合；所以在协同子帧传输时隙用户j所接收到的信号可以写作其中I表示第j个用户在协同子帧传输时隙所接收到的信号，j=l，2;H"=，H3 =表示两个基站内部发射天线的Alamouti空时编码矩阵， 表示第i个基站的第j根天线到移动用户的信道增益， ㈨)是第j个用户的第i对传输信号在第η个时隙遭受到的高斯白噪声，^表示两个基站发送的信息块的集合；可以写作I =KCM + 2,0 4( + 3^)]T = K(M + 2,0 —茗(《 + 2,0 -^m + 3,0+^(h + 3,0]TS3 = [4 (η + XO 5,(η + 3j)f =问(μ + 2,0 + S；(n + 2J) -S,(n + 3J) + S^(n + 3,i)f然后将S1 , Sj带入上面的R,中,这里以第一个用户为例，当j=l时，第一个用户接收到的信号巧可以写作 " ~ + !) 11 ^K K K1 Ri = , ^ , * * +Noise _^2 —Β (β + 2, I 、 ν-^ν->么、 -10 AlaiIKjmti 空1 时编辑基站2的lUairKsaii 空时满辑_ 这j "7 J ^ 為 2 -hiSl(n + 2』) h；_ + 3,1) =I2 nI * Γ . I+Noise hi K Hil Hn S2in+2J) Jh2 \l ^22 為1」L^C + 3 i)_其中表示第i个基站的第j根天线到移动用户的信道增益
全文摘要
本发明在多基站协同通信系统下行链路中提供了一种使用带预编码的联合分布式空时编码来消除蜂窝间干扰的方法。该方法通过在听子帧时隙进行一个类似于块对角的预编码设计，消除听子帧传输时隙用户接收到的小区间干扰；在协同时隙中各基站内部多个发送天线间使用Alamouti空时编码，多个基站间使用联合分布式空时编码进行信号传输，从而提高基站协同传输信号的传输效率。本发明提出的带预编码的联合分布式空时编码的方法能有效的消除多基站协同系统下行链路信号传输中的小区间干扰，比非协同传输方式能获得更高的分集增益，而与非协同传输和基站间以时分多址发送信号的信号传输方式相比，能获得更高的频谱效率，同时，保持一个相对低的结构和计算复杂度。
文档编号H04L5/00GK102624498SQ201210115108
公开日2012年8月1日 申请日期2012年4月19日 优先权日2012年4月19日
发明者徐莉, 李光祥, 武卓, 王磊, 艾婷 申请人:上海大学