双层异构网络中基于协作毫微微蜂窝的干扰抑制预编码方法
【专利摘要】本发明公开了一种双层异构网络中基于协作毫微微蜂窝的干扰抑制预编码方法：首先采用QR分解方法消除多个宏小区用户之间，以及多个毫微微蜂窝用户之间的同层干扰，得到预编码矩阵的第一部分，将该部分与已知信道信息结合成为等效信道；利用等效信道信息，宏小区基站采用信漏噪比最大化准则抑制宏小区用户产生的跨层干扰，得到宏小区用户预编码矩阵的第二部分，毫微微蜂窝基站采用最小均方误差准则并加入跨层干扰限制条件以抑制毫微微蜂窝用户产生的跨层干扰，得到毫微微蜂窝用户预编码矩阵的第二部分；最后将两部分预编码矩阵结合，得到所需要的预编码矩阵。本发明有效抑制了同层和跨层干扰，提高了宏小区用户和毫微微蜂窝用户的传输速率。
【专利说明】双层异构网络中基于协作毫微微蜂窝的干扰抑制预编码方 法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线通信领域，具体涉及一种双层异构网络中基于协作毫微微蜂窝的 干扰抑制预编码方法。
【背景技术】
[0002] 目前，日益增多的室内无线通信用户以及这些无线通信用户日渐提高的服务需求 成为了制约通信发展的主要因素。而传统的宏小区基站服务能力有限，加之室内用户普遍 距离宏小区基站较远而产生了较严重的传输信号的功率衰落，这样就导致了宏小区基站无 法满足室内用户的需求。因此，需要在室内布置毫微微蜂窝基站来拉近室内用户和基站间 的距离，从而提高基站的覆盖范围，降低信号传输的衰落影响，提高室内用户的服务质量。
[0003] 然而，当在宏小区内布置毫微微蜂窝基站后，原始的宏小区网络即变成了宏小 区-毫微微蜂窝共存的异构网络。在这样的网络中，会存在两种干扰，即宏小区用户之间或 毫微微蜂窝用户之间的同层干扰，以及宏小区用户与毫微微蜂窝用户之间的跨层干扰。这 两种干扰都会影响系统性能，因此需要加以抑制。由于时间和频率资源的有限性，传统的基 于时分或频分的干扰抑制方法会降低资源利用效率，因此需要利用空间资源来设计预编码 方法以对这两种干扰进行抑制。
[0004] 传统的预编码设计方法主要采用单一的准则对干扰进行处理，比如迫零准则，块 对角化准则，信干噪比最大化准则以及干扰对齐准则等。但是，在异构网中，不论是宏小区 基站还是毫微微蜂窝基站，都需要同时处理宏小区用户和毫微微蜂窝用户，由于这两种用 户总体的天线数较多，这就导致了采用单一准则进行干扰抑制时，空间资源没有得到有效 利用，从而降低了干扰抑制效果。此外对于许多室内场景，如中小型企业，机场，学校，商场 等，可能存在多个毫微微蜂窝覆盖区域出现交叠的情况，此时可以考虑将邻近的若干个毫 微微蜂窝划归到一个协作簇中，在该协作簇中利用联合传输技术对毫微微蜂窝用户进行服 务。
[0005] 综上所述，如何设计一种在双层异构网络中基于协作毫微微蜂窝的预编码方法， 将同层干扰和跨层干扰分别处理，从而更有效地利用系统的空间资源是目前亟待解决的问 题。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种双层异构网络中基于协作毫微微蜂窝的干扰抑制预 编码方法，可以分别处理宏小区用户和毫微微蜂窝用户的同层和跨层干扰，有效利用系统 的空间资源，可以提升系统中用户的传输速率。
[0007] 为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：
[0008] 1)通过对维度压缩后的原始信道进行基于QR分解的同层干扰消除处理，得到宏 小区用户以及毫微微蜂窝用户各自预编码矩阵的第一部分，将所述预编码矩阵的第一部分 与已知信道信息结合成为等效信道；
[0009] 2)在同层干扰消除的基础上利用等效信道，宏小区基站采用信漏噪比最大化准则 得到宏小区用户预编码矩阵的第二部分，毫微微蜂窝基站采用最小均方误差准则并加入跨 层干扰限制条件得到毫微微蜂窝用户预编码矩阵的第二部分；
[0010] 3)将宏小区用户以及毫微微蜂窝用户各自预编码矩阵的第一部分以及第二部分 对应结合后，得到宏小区用户以及毫微微蜂窝用户各自的预编码矩阵。
[0011] 所述双层异构网络的场景为：在一个单独的宏小区内存在一个宏小区基站和由N 个毫微微蜂窝组成的一个协作簇，每个毫微微蜂窝内含有一个毫微微蜂窝基站，宏小区基 站配置Mm根天线，每个毫微微蜂窝基站配置Nf根天线，宏小区服务R个宏小区用户，宏小区 用户r配置iT根天线，r e {1，…，R}，并且该宏小区用户接收的数据流数为#，毫微微蜂窝 组成的协作簇以联合传输的方式服务K个毫微微蜂窝用户，毫微微蜂窝用户k配置欠/根天 线，k e {1，…，K}，并且该毫微微蜂窝用户接收的数据流数为私。
[0012] 所述步骤1)具体包括以下步骤：
[0013] (a)首先对原始信道进行维度压缩
[0014] 对宏小区用户来说，宏小区基站到宏小区用户r的原始信道表示为
【权利要求】
1. 双层异构网络中基于协作毫微微蜂窝的干扰抑制预编码方法，其特征在于：包括以 下步骤： 1) 通过对维度压缩后的原始信道进行基于QR分解的同层干扰消除处理，得到宏小区 用户以及毫微微蜂窝用户各自预编码矩阵的第一部分，将所述预编码矩阵的第一部分与已 知信道信息结合成为等效信道； 2) 在同层干扰消除的基础上利用等效信道，宏小区基站采用信漏噪比最大化准则得到 宏小区用户预编码矩阵的第二部分，毫微微蜂窝基站采用最小均方误差准则并加入跨层干 扰限制条件得到毫微微蜂窝用户预编码矩阵的第二部分； 3) 将宏小区用户以及毫微微蜂窝用户各自预编码矩阵的第一部分以及第二部分对应 结合后，得到宏小区用户以及毫微微蜂窝用户各自的预编码矩阵。
2. 根据权利要求1所述双层异构网络中基于协作毫微微蜂窝的干扰抑制预编码方法， 其特征在于：所述双层异构网络的场景为：在一个单独的宏小区内存在一个宏小区基站和 由N个毫微微蜂窝组成的一个协作簇，每个毫微微蜂窝内含有一个毫微微蜂窝基站，宏小 区基站配置Mm根天线，每个毫微微蜂窝基站配置Nf根天线，宏小区服务R个宏小区用户，宏 小区用户r配置iC根天线，re{1，…，R}，并且该宏小区用户接收的数据流数为C，毫微微 蜂窝组成的协作簇以联合传输的方式服务K个毫微微蜂窝用户，毫微微蜂窝用户k配置八7 根天线，ke{1，…，K}，并且该毫微微蜂窝用户接收的数据流数为4。
3. 根据权利要求2所述双层异构网络中基于协作毫微微蜂窝的干扰抑制预编码方法， 其特征在于：所述步骤1)具体包括以下步骤： (a)首先对原始信道进行维度压缩 对宏小区用户来说，宏小区基站到宏小区用户r的原始信道表示为e 为 行数，Mm为列数，并且满足re{1，…，R}，对该原始信道进行奇异值分解：r =U入Vr 其中u：?和V,?是酉矩阵，H表示共轭转置，2：「为对角矩阵且2：r的元素为H;"奇异值，这 些奇异值按照从大到小排列，在此基础上对进行维度压缩，得到： 其中uLd表示IC的左侧g个列向量，：C5夂表示宏小区基站到宏小区用户r的 维度压缩信道，C为行数，Mm为列数，并且满足re{1，…，R}; 对毫微微蜂窝用户来说，协作簇中的毫微微蜂窝基站n到毫微微蜂窝用户k的原始信 道表示为GfeCAi/xA?/ ,Z/为行数,Nf为列数,并且满足nG{1，…，吣和kG{1，…，K},定 义矩阵G/ 为联合传输的方式下的综合矩阵，对这一矩阵进行奇 异值分解： Gfk =IHWlVf1 其中U{和V/是酉矩阵,?为对角矩阵且^的元素为G丨的奇异值，这些奇异值按照从 大到小排列，在此基础上对G/进行维度压缩，得到： Gf=UfnGf k ) 其中1表示11丨的左侧i丨个列向量，G丨^表示毫微微蜂窝基站到毫微微蜂 窝用户k的维度压缩信道,为行数，NNf为列数,并且满足kG{1，…，K}; (b) 对维度压缩信道进行QR分解 对宏小区用户来说，定义宏小区用户r的干扰矩阵 §：" = [6严,…,ft…,At 在此基础上进行以下QR分解：
其中为酉矩阵，昆：*为上三角矩阵； 对于毫微微蜂窝来说，定义毫微微蜂窝用户k的干扰矩阵 = [6f,,6f,,在此基础上进行以下的QR分解：
其中为酉矩阵，艮f为上三角矩阵； (c) 抑制同层干扰，获得预编码矩阵的第一部分 对宏小区用户来说，从提取矩阵@^<丨，其中C〇/,m =Z，该矩阵表示的 前列，包含了矩阵登卩所张成的空间，宏小区用户的预编码矩阵的第一部分表示 为：
其中表示宏小区用户r的预编码矩阵的第一部分，I表示单位矩阵； 对毫微微蜂窝用户来说，从提取矩阵，其中C〇// = ，该矩阵表示 ^的前包含了矩阵^'所张成的空间，毫微微蜂窝用户的预编码矩阵的第 一部分表不为：
其中表示毫微微蜂窝用户k的预编码矩阵的第一部分； (d) 得到等效信道 在得到每个宏小区用户和毫微微蜂窝用户的预编码矩阵的第一部分后生成如下的等 效矩阵：
Hf 表示毫微微蜂窝基站n到宏小区用户r的原始信道，而 H/= ]表示毫微微蜂窝基站到宏小区用户r的综合信道，对此综合信道进行维 度压缩，得到维度压缩信道;Gl"e 表示宏小区基站到毫微微蜂窝用户k的原始信 道，对此原始信道进行维度压缩，得到维度压缩信道6丨" ；fi：*表示宏小区基站到宏小区用户r的等效信道；表示宏小区基站到毫微微蜂窝用户k的等效信道；食【表示毫微微蜂窝 基站到宏小区用户1的等效综合信道；表示毫微微蜂窝基站到毫微微蜂窝用户k的等效 综合信道。
4.根据权利要求3所述双层异构网络中基于协作毫微微蜂窝的干扰抑制预编码方法， 其特征在于：所述步骤2)具体包括以下步骤： (a)对宏小区用户来说，信漏噪比最大化准则的优化目标为：
其中SLNR「表示宏小区基站到宏小区用户r的信漏噪比值，求解上述优化目标时首先 进行如下的奇异值分解：
其中Ntl表示噪声功率谱密度，￠:;和为酉矩阵，￡：；为对角矩阵并且纪;中的元素为
的奇异值，将Ir中的奇异值按照从小到大的顺序依次排列，并 ^rk 且把的列向量对应于奇异值顺序重新进行排列； 然后再进行如下的奇异值分解：
其中?和为酉矩阵，为对角矩阵并且￡;*中元素为的奇异值，将中的 奇异值按照从大到小的顺序排列，并把文"的列向量对应于奇异值顺序重新进行排列。 最后得到宏小区用户r的预编码矩阵的第二部分： t；(2)=(v；；v;)(￡：b) 其中￠€)表示提取矩阵的前g列； (b)对毫微微蜂窝用户来说，最小均方误差准则的优化目标为： I^2) =argminMSE〈G {1，…，人1 \|2(
其中MSEf表示毫微微蜂窝基站到毫微微蜂窝用户k的均方误差值，tr()表示对括号 中的矩阵求迹运算，7^.表示毫微微蜂窝用户k泄漏到宏小区用户r的跨层干扰的比例系 数，<：丨.，上述优化目标用拉格朗日乘数法求解，所得到的毫微微蜂窝用户预编码 矩阵的第二部分表示为：
其中七表示毫微微蜂窝用户k泄漏到宏小区用户r的跨层干扰所对应的拉格朗日乘 子，=, ?/表示设计需要逼近的目标，该目标由贫经过奇异值分解后的前私 个右奇异向量组成，而符号"-1"表示求逆运算，当上述大括号中相应式子的逆不存在的时 候，进行如下的特征值分解：
的特征值，将Li中的特征值按照从小到大排列，而Ef中的列向量则按照特征值从大到小的 对应关系进行排列，此时所得到的毫微微蜂窝用户k的预编码矩阵的第二部分表示为：
其中表示毫微微蜂窝用户k泄漏到宏小区用户r的跨层干扰所对应的调节参数。
5.根据权利要求4所述双层异构网络中基于协作毫微微蜂窝的干扰抑制预编码方法， 其特征在于：所述步骤3)具体包括以下步骤： 对宏小区用户r来说，预编码矩阵表示为： rpm_rpmrpm 卜=1H1)V) 对毫微微蜂窝用户k来说，预编码矩阵表示为： rTJ-rT.!'rTJ h-1^(I) 1A-12) O
【文档编号】H04B7/06GK104506226SQ201410783388
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月16日 优先权日:2014年12月16日
【发明者】任品毅, 徐大同, 杜清河, 孙黎 申请人:西安交通大学