两层异构网络的干扰消除与能量采集折中方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种两层异构网络下的信息传输、干扰消除与能量采集方法，尤其设 及一种化mtocell网络下行链路中基于干扰对齐的干扰消除与能量采集折中方法，属于无 线通信技术领域。
【背景技术】
[0002] 近年来有研究表明，约有30 %的企业用户和45 %的家庭用户面临着较差的室内 通信环境。然而，随着各种新型多媒体服务与高速率数据传输业务的应用，人们迫切需要室 内无线通信网络覆盖环境得到改善，也对无线通信系统容量与数据传输速率提出了更高的 要求。
[0003] 由于低成本的飞蜂窝（Femtocell)能够提供良好的室内覆盖率与较高的数据传 输速率，逐渐受到许多业界人：t的关注。自3GPP颁布relaease8W来，飞蜂窝即被规定 为采用与宏蜂窝相同的物理层技术。根据其不同的部署原则，该种由宏蜂窝和飞蜂窝构成 的两层异构网络可W为室内覆盖提供较好的解决方案。但是，可W预见随着该种两层异构 网络规模和业务内容的日益增长，不仅会引入较为严重的干扰问题，也会导致一定程度的 能源消耗问题。干扰对齐技术可W有效消除干扰，然而在无线传输过程中，干扰消除效果 极易受到实际信道状态影响。此时，该一信号处理过程虽然消耗了系统资源却仍有可能无 法达到期望的效果。Pu化itGrover与AnantS址ai于2010年在IE邸International SymposiumonInformationTheoryProceedings发表论文《shannonmeetstesla； wirelessinformationandpowertransfer》表明无线通信系统可W同时获得信息与能量 传输的双重增益。因此，如何给出一种适用于两层异构网络通信环境，且具有高能效通信特 点的干扰消除方法具有重要的意义。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种两层异构网络的干扰消除与能量采集折中方法，改善 室内通信环境的覆盖率与可靠性，增进网络能量效率。
[0005] 本发明的目的通过W下技术方案予W实现：
[0006] 一种两层异构网络的干扰消除与能量采集折中方法，
[0007] 所述两层异构网络下行链路包含L个宏蜂窝基站、M个宏蜂窝用户终端、N个飞蜂 窝基站，F个飞蜂窝用户终端，L>1，M>1，N>1，1《F《4 ;各宏蜂窝基站天线数为IV， 各飞蜂窝基站天线数为Tw，各飞蜂窝用户终端天线数为Tp，各宏蜂窝用户终端天线数为T"， 上述所有天线数目均大于等于1 ;
[0008] 该方法主要包含W下步骤：
[0009] 步骤一：初始化信息交互，收集获取两层异构网络基站归属、天线配置、频率、位 置、邻区参数信息；收集各层用户终端与基站间的无线空间信道状态信息；
[0010] 步骤二；建立两层异构飞蜂窝网络下行链路接收信号模型，在两层异构网络的下 行链路传输中，位于第n(nG{1，…，N})个飞蜂窝接入点覆盖区域的第f(fG{1，…，巧） 个飞蜂窝用户终端处接收的信号向量表示为：
[0011]
【主权项】
I. 一种两层异构网络的干扰消除与能量采集折中方法， 所述两层异构网络下行链路包含L个宏蜂窝基站、M个宏蜂窝用户终端、N个飞蜂窝基 站，F个飞蜂窝用户终端，L彡1，M彡1，N彡1，1彡F彡4;各宏蜂窝基站天线数为?Υ，各飞 蜂窝基站天线数为Tn，各飞蜂窝用户终端天线数为T F，各宏蜂窝用户终端天线数为TM，上述 所有天线数目均大于等于1; 其特征在于，该方法主要包含以下步骤： 步骤一：初始化信息交互，收集获取两层异构网络基站归属、天线配置、频率、位置、邻 区参数信息；收集各层用户终端与基站间的无线空间信道状态信息； 步骤二：建立两层异构飞蜂窝网络下行链路接收信号模型，在两层异构网络的下行链 路传输中，位于第n(ne {1，…，吣）个飞蜂窝接入点覆盖区域的第f(fe {1，…，朽）个 飞蜂窝用户终端处接收的信号向量表示为：
位于第1(1 e {1，…，L})个宏蜂窝基站覆盖区域的第m(me {1，…，M})个宏蜂窝用 户终端处接收的信号向量表示为：
表示隶属于第η个飞蜂窝基站的第f个飞蜂窝用户终端的接收信号，Hf为第 f个飞蜂窝用户终端的期望信号，表示隶属于第η个飞蜂窝基站的第f个飞蜂窝用户终 端所收到的高斯白噪声：
^代表第f个飞蜂窝用户终端收到的来自同小区的干扰，
代表第f个飞蜂窝用户终端收到的来自其他飞蜂窝的同层干扰，
表示宏蜂窝基站对第f个飞蜂窝用户终端的跨层干扰；表示隶属于第1个宏蜂窝基站 的第m个宏蜂窝用户终端的接收信号，表示第m个宏蜂窝用户终端的期望信号， 表示第m个宏蜂窝用户终端所收到的高斯白噪声：
为第m个宏蜂窝用户终端收到 的来自同小区干扰，
是第m个宏蜂窝用户终端收到的来自其他宏蜂窝的同层干 扰：
良示飞蜂窝基站对第m个宏蜂窝用户终端的跨层干扰；Χη、\、&和L分别 表示第n、i(n，ie {1，…，N})飞蜂窝基站和第l、j(l，je {1，…，L})个宏蜂窝基站的 发送信号，进一步X：： e C^xl表示第X个飞蜂窝基站或第X个宏蜂窝基站到第y个用户终端 的TxX 1维信号，Tx为第X个飞蜂窝基站或第X个宏蜂窝基站天线数；flT、iff、iif分 别表示第n、i个飞蜂窝基站以及第1个宏蜂窝基站到第f个飞蜂窝用户终端的信道状态信 息；Ji/、?Γ'分别表示第Kj个宏蜂窝基站以及第i个飞蜂窝基站到第m个宏蜂窝 用户终端的信道状态信息； 步骤三：计算第η个飞蜂窝基站覆盖区域的第f个飞蜂窝用户终端、第1个宏蜂窝基站 覆盖区域的第m个宏蜂窝用户终端所接收信号的信噪比; 步骤四：基于步骤三所述信噪比与各用户终端门限值#、為m比较结果进行判决，若信 噪比大于门限值则施行步骤五所述干扰消除，若信噪比小于门限值则施行步骤十所述能量 米集； 步骤五：用户终端获取各单元在异构网络中的分层信息与干扰用户信道状态信息，在 宏蜂窝用户终端最终接收信号中的同层干扰采用频分手段消除； 步骤六：计算发生干扰的两层异构网络是否满足干扰对齐可行性条件，令两层异构网 络下行链路中宏蜂窝用户终端与飞蜂窝用户终端具有相同自由度d : ① TL-MXd 多 0, TN-FXd 多 0, TM-d 多 0, TF-d 多 O
式中，Kn为第η个飞蜂窝基站覆盖区域中飞蜂窝用户终端集合的任意子集，K1为第1个 宏蜂窝基站中宏蜂窝用户终端集合的任意子集；I表示所有产生干扰的两个不同小区的集 合的任意子集，IA、。表示宏蜂窝基站的任意子集，I B、Ic、Ie表示飞蜂窝基站的任意子集，且 式②中IB、I c无交集； 对于飞蜂窝用户终端与宏蜂窝用户终端应使其可行性条件分别满足式①、②与式①、 ③，以保证期望信号的可靠传输，合理消除各类干扰，此时，如满足上述可行性条件则施行 步骤七的干扰消除，若不满足则施行步骤十的能量采集； 步骤七：计算与第η个飞蜂窝基站覆盖区域的第f个飞蜂窝用户终端对应的发送端干 扰预编码矩阵，以及与第1个宏蜂窝基站覆盖区域的第m个宏蜂窝用户终端对应的发送 端干扰预编码矩阵·， 步骤八：计算第η个飞蜂窝基站覆盖区域中第f个飞蜂窝用户终端同层、跨层下行链 路干扰功率近似值，第1个宏蜂窝基站覆盖区域中第m个宏蜂窝用户终端跨层下行 链路干扰功率近似值ti_ ()，并分别与门限值<、进行比较；其中，tr (A)表示矩阵A的 迹； 若下行链路干扰功率小于门限值则施行步骤九的干扰消除，若下行链路干扰功率大于 门限值则施行步骤十的能量采集； 步骤九：计算第f个飞蜂窝用户终端和第m个宏蜂窝用户终端干扰消除矩阵与 ，完成干扰消除后施行步骤十一； 步骤十：计算第η个飞蜂窝基站覆盖区域中第f个飞蜂窝用户终端、第1个宏蜂窝基站 覆盖区域中第m个宏蜂窝用户终端的能量采集信息尽|、￡Γ，并分别与门限值i3/、if进行 比较； 若能量采集信息大于门限值则完成能量采集后施行步骤十一，若能量采集信息小于门 限值则直接施行步骤十一； 步骤十一：本轮干扰消除与能量采集过程结束，等待下一循环过程开始。
2. 如权利要求1所述的两层异构网络的干扰消除与能量采集折中方法，其特征在于， 分布式迭代干扰对齐技术中步骤七的预编码矩阵、预编码矩阵初值分别为任意 TfX d、TmX d维酉矩阵。
3. 如权利要求1所述的两层异构网络的干扰消除与能量采集折中方法，其特征在于， 步骤九具体为计算第η个飞蜂窝基站覆盖区域中第f个飞蜂窝用户终端干扰消除矩阵C/,I， 第1个宏蜂窝基站覆盖区域中第m个宏蜂窝用户终端用户终端，使得每个用户的预编码 矩阵与干扰消除矩阵满足如下关系要求：
4. 如权利要求1所述的两层异构网络的干扰消除与能量采集折中方法，其特征在于， 当目标总用户数小于等于三，所述步骤九在求解干扰对齐所需的V、U过程中采用经典干扰 对齐技术。
5. 如权利要求1所述的两层异构网络的干扰消除与能量采集折中方法，其特征在于， 当目标总用户数无要求时，所述步骤九在求解干扰对齐所需的V、U过程中采用分布式迭代 干扰对齐技术。
【专利摘要】本发明公开了一种两层异构网络的干扰消除与能量采集折中方法，所述两层异构网络下行链路包含L个宏蜂窝基站、M个宏蜂窝用户终端、N个飞蜂窝基站，F个飞蜂窝用户终端，本发明以飞蜂窝用户终端与宏蜂窝用户终端的信噪比、下行链路干扰功率以及干扰对齐可行性条件为准则，基于两层异构网络的下行实时传输环境对其干扰消除与能量采集模式进行有效优化，改善室内通信环境的覆盖率与可靠性，增进网络能量效率。
【IPC分类】H04W28-04
【公开号】CN104768185
【申请号】CN201510202442
【发明人】解志斌, 颜培玉, 鹿存东, 何庆松
【申请人】江苏科技大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年4月24日