一种异构蜂窝网络的干扰管理方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种异构蜂窝网络的干扰管理方法及装置，所述装置包括：宏蜂窝用户和小型化基站用户估计信道状态信息，并将信道状态信息反馈给宏基站；宏基站计算用于自身的预编码矩阵，消除宏蜂窝用户的同小区用户间干扰；宏基站计算用于宏蜂窝用户的干扰抑制矩阵，消除宏蜂窝用户的流间干扰，并通知每个宏蜂窝用户；宏基站计算用于小型化基站用户的干扰抑制矩阵，消除来自宏基站的跨层小区间干扰方向上的干扰，并通知每个小型化基站用户；宏基站计算用于每个小型化基站的预编码矩阵，将小型化基站间的同层小区间干扰对齐到来自宏蜂窝跨层小区间干扰方向上，并保证小型化基站用户的有用信号经历质量较好的信道。宏基站通过回程链路将小型化基站的预编码矩阵通知各个小型化基站。
【专利说明】一种异构蜂窝网络的干扰管理方法及装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线通信【技术领域】，尤其涉及一种异构蜂窝网络的干扰管理方法及装 置。
【背景技术】
[0002] 未来的蜂窝网络的主要为异构网络（Heterogeneous Network, HetNet)形式，即 米用宏基站（Macro Base Station, MBS)与微蜂窝基站（Micro BS)/微微蜂窝基站（Pico BS)/毫微微蜂窝基站（Femto BS)共存且重叠覆盖的方式。通过在宏蜂窝上叠加小型化基 站（small cell)，异构蜂窝网络缩短了移动用户与基站之间的通信距离，从而获得了比传 统蜂窝网络更高的频谱效率，为终端用户提供了更高的数据传输速率。然而，随着small cell的加入，宏蜂窝与small cell需要复用相同的频谱资源，这使得异构蜂窝网络的同 频干扰（Co-Channel Interference, CCI)问题更加突出，成为制约用户传输性能的关键因 素。另外，异构蜂窝网络的CCI问题需要考虑的因素也较多，例如不同的small cell接入 模式（主要有两种接入模式：封闭用户组（closed subscriber group, CSG)和开放用户组 (open subscriber group，0SG))对异构蜂窝网络的干扰分布有着直接的影响；不同的干扰 类型（例如small cell的同层干扰，宏蜂窝与small cell的跨层干扰，同小区用户间干扰 (Inter-user Interference，IUI)以及小区间干扰（Inter-cell Interference，ICI)等 等）适合不同的处理方法；宏基站和small cell基站发送功率大小不同，配置的天线数不 同，上下行传输具有不对称性等等。因此，迫切需要研究有效的干扰管理与控制技术来有效 的抑制异构蜂窝网络中的干扰。现有干扰管理方案主要考虑时域、频域以及功率等资源的 协调使用来降低干扰。其主要的方法是通过将资源进行正交划分，然后将正交的资源协调 分配给相互干扰的小区，从而达到干扰避免的目的。这种方法缺点是每个用户所能占用的 信道资源较少，资源利用率较低。
[0003] 近几年备受关注的干扰对齐（Interference Alignment, IA)不但能够有效的抑 制CCI，还可以降低系统的复杂度，可以获得比传统方式更高的系统容量。IA的主要思想是 在发送端进行预处理，利用一定的自由度将其他小区的干扰限制在特定的子空间内，而不 是将它们完全正交化，将剩余的无干扰的空间用于数据传输，从而更为有效的抑制干扰。目 前，利用预编码来实现干扰对齐作为一种切实可行的方法已经得到了广泛的研究。
[0004] 目前针对异构蜂窝网络的干扰对齐技术研究较少，而且大多局限于比较简单的 系统模型，例如只接入两个小型化基站的情况，对于较为复杂的场景无法直接扩展。另 夕卜，这些研究在对齐的过程中大多没考虑到有用信号的信道状态信息（Channel State Information，CSI)，因此在容量方面还有一定的提升空间。可见现有的异构蜂窝网络中的 干扰对齐技术还存在一些缺陷，需要提出新的方法来提高系统的性能。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明提供了一种异构蜂窝网络的干扰管理方法及装置，旨在解决异 构蜂窝网络中的干扰对齐技术性能不高的问题。
[0006] 为了解决上述问题，本发明采用以下技术手段：
[0007] -种异构蜂窝网络的干扰管理方法，包括：
[0008] 宏蜂窝用户和小型化基站用户估计信道状态信息，并将信道状态信息反馈给宏基 站；
[0009] 所述宏基站计算用于自身的预编码矩阵，消除宏蜂窝用户的同小区用户间干扰；
[0010] 所述宏基站计算用于所述宏蜂窝用户的干扰抑制矩阵，消除宏蜂窝用户的流间干 扰，并通知每个所述宏蜂窝用户；
[0011] 所述宏基站计算用于所述小型化基站用户的干扰抑制矩阵，消除来自所述宏基站 的跨层小区间干扰方向上的干扰，并通知每个所述小型化基站用户；
[0012] 所述宏基站计算用于每个所述小型化基站的预编码矩阵，将小型化基站间的同层 小区间干扰对齐到来自宏蜂窝跨层小区间干扰方向上，并保证小型化基站用户的有用信号 经历质量较好的信道。宏基站通过回程链路将小型化基站的预编码矩阵通知各个小型化基 站。
[0013] 优选地，所述宏蜂窝用户和小型化基站用户估计信道状态信息，并将信道状态信 息反馈给宏基站，包括：
[0014] 所述宏基站Μ向所有用户发送导频信号；
[0015] 所述小型化基站丨= "2,…向所有小型化基站用户发送导频信号；
[0016] 所述宏蜂窝用户
【权利要求】
1. 一种异构蜂窝网络的干扰管理方法，其特征在于，包括： 宏蜂窝用户和小型化基站用户估计信道状态信息，并将信道状态信息反馈给宏基站； 所述宏基站计算用于自身的预编码矩阵，消除宏蜂窝用户的同小区用户间干扰； 所述宏基站计算用于所述宏蜂窝用户的干扰抑制矩阵，消除宏蜂窝用户的流间干扰， 并通知每个所述宏蜂窝用户； 所述宏基站计算用于所述小型化基站用户的干扰抑制矩阵，消除来自所述宏基站的跨 层小区间干扰方向上的干扰，并通知每个所述小型化基站用户； 所述宏基站计算用于每个所述小型化基站的预编码矩阵，将小型化基站间的同层小区 间干扰对齐到来自宏蜂窝跨层小区间干扰方向上，并保证小型化基站用户的有用信号经历 质量较好的信道。宏基站通过回程链路将小型化基站的预编码矩阵通知各个小型化基站。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述宏蜂窝用户和小型化基站用户估计 信道状态信息，并将信道状态信息反馈给宏基站，包括： 所述宏基站M向所有用户发送导频信号； 所述小型化基站I fVI = I1，Z )向所有小型化基站用户发送导频信号； 所述宏蜂窝用户= + 利用导频测量的信息估计有用信号的CSI，即 Hk,M。小型化基站用户I利用导频测量的信息估计本地CSI，即Hy，％ = ? r 所有用户将估计出的CSI通过专用控制信道反馈到所述宏基站M。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述宏基站计算用于自身的预编码矩阵， 消除宏蜂窝用户的同小区用户间干扰，具体包括：
其中f 为对角矩阵，其元素为矩阵g 的非零奇异值为S 的非零奇异 晨％M I ? ' 11^A/ 值对应的特征向量，(Uw为|\,#的零奇异值对应的特征向量。因此df)的列为flU 零空间的一组正交基,即(Uw = 〇
其中E k, M为对角矩阵，其元素为矩阵H4 m ^ w 的非零奇异值。（vk, M)((|)为 HfcM Ifwtf f的零奇异值对应的特征向量。（Vu)⑴为Hi M df的非零奇异值对应的 特征向量，可以最大化宏蜂窝用户k的接收信干噪比。所以，宏蜂窝M对于用户k的预编码 矩阵为：
于是，宏蜂窝M的预编码矩阵为Vm = [\+1，. . .，Vm]。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述宏基站计算用于所述宏蜂窝用户的 干扰抑制矩阵，消除宏蜂窝用户的流间干扰，并通知每个所述宏蜂窝用户，具体包括： 在宏基站端计算用于宏蜂窝用户的干扰抑制矩阵t消除流间干扰，最大化用户k的 容量； IjH = I ill r 宏基站将Ui1通知宏蜂窝用户k。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述宏基站计算用于所述小型化基站用 户的干扰抑制矩阵，消除来自所述宏基站的跨层小区间干扰方向上的干扰，并通知每个所 述小型化基站用户，具体包括：
其中：E U为对角矩阵，其元素为（HumVm)H的非零奇异值；由（HumV m)H的非零 奇异值对应的特征向量组成；Vj由（ImVm)H的零奇异值对应的特征向量组成.因此， (H?Vwf vS = ?于是，用户I的干扰抑制矩阵为 O
宏基站将+Uf通知小型化基站用户I。
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述宏基站计算用于每个所述小型化基 站的预编码矩阵，将小型化基站间的同层小区间干扰对齐到来自宏蜂窝跨层小区间干扰方 向上，并保证小型化基站用户的有用信号经历质量较好的信道。宏基站通过回程链路将小 型化基站的预编码矩阵通知各个小型化基站，具体包括： 将每个小型化基站对用户I的同层ICI对齐到宏蜂窝对用户I的跨层ICI干扰方向上， 需要满足： H,.V, Hj wVw, V/ = fl,-,￡) ,/ ^ / . . f 其中，A < B表示矩阵A列空间包含于矩阵B的列空间。于是，小型化基站I的预编码 矩阵V1需要满足如下条件：
为了保证小型化基站用户的有用信号经历质量较好的信道，需要满足条件：
优选的，采用遍历的方法进行求解，任选矩阵
的d列向量组成矩阵 Vi,如果满足条件：HUlI1 MdfIL ,则小型化基站I的预编码矩阵V1 = Vit5其中 At = Ah (AAh) 1 为矩阵 A 的 Moore-Penrose 伪逆。 f为矩阵
中除了\外的任何d列向量组成的矩阵。宏基站通过回程 链路将小型化基站I的预编码矩阵V1通知小型化基站。
7. -种异构蜂窝网络的干扰管理装置，其特征在于，包括： 信道状态信息估计模块，用于宏蜂窝用户和小型化基站用户估计信道状态信息，并将 信道状态信息反馈给宏基站； 消除同小区用户间干扰模块，设置于所述宏基站中，用于计算用于自身的预编码矩阵， 消除宏蜂窝用户的同小区用户间干扰； 消除流间干扰模块，设置于所述宏基站中，用于计算用于所述宏蜂窝用户的干扰抑制 矩阵，消除宏蜂窝用户的流间干扰，并通知每个所述宏蜂窝用户； 消除跨层小区间干扰模块，设置于所述宏基站中，用于计算用于所述小型化基站用户 的干扰抑制矩阵，消除来自所述宏基站的跨层小区间干扰方向上的干扰，并通知每个所述 小型化基站用户； 小型化基站预编码矩阵计算模块，设置于所述宏基站中，用于计算用于每个所述小型 化基站的预编码矩阵，将小型化基站间的同层小区间干扰对齐到来自宏蜂窝跨层小区间干 扰方向上，并保证小型化基站用户的有用信号经历质量较好的信道。宏基站通过回程链路 将小型化基站的预编码矩阵通知各个小型化基站。
【文档编号】H04L1/00GK104283828SQ201410599088
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年10月30日 优先权日:2014年10月30日
【发明者】张天魁, 牛勤, 胡志蕊 申请人:无锡北邮感知技术产业研究院有限公司